采用改进鱼群算法的张拉整体结构找形方法

针对传统力密度法求解大规模、不规则张拉整体结构找形效率不高的问题,提出了一种力密度法与改进鱼群算法相结合的找形方法．先基于力密度法建立结构的平衡方程组, 然后采用改进的鱼群算法在力密度空间内进行全局搜索, 找出一组合适的力密度值使得平衡矩阵的秩满足求解条件, 从而找到结构的平衡构形．该算法加入了全局最优人工鱼信息, 引入了吞食行为和跳跃行为, 并采用了自适应步长, 比传统鱼群算法搜索效率更高, 不容易陷入局部极值．以扩展八面体张拉整体结构为例, 用该方法进行了找形, 并和传统鱼群算法的找形结果进行了对比分析．仿真结果表明,该找形方法的找形结果可靠, 并且收敛精度和平均最优值较传统鱼群算法均有所提高．     

基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。     

基于二次奇异值分解法的张拉整体结构找形分析

为解决给定张拉整体结构的可行力密度找形问题,本文提出一种基于二次奇异值分解的优化设计方法.该方法需事先根据结构的几何对称性对构件进行合理分组,并在此基础上重组平衡矩阵,通过奇异值分解法求解线性齐次方程组以获得满足要求的可行初始力密度.同时引入了切线刚度矩阵特征值的计算方法来检验张拉整体结构的稳定性.最后,基于空间十二杆...     

张拉整体三棱柱构型和结构稳定性分析

为深入研究三杆张拉整体基本单元结构的构建方法和稳定性判定问题.提出以结构外形几何参数为基础,应用节点广义坐标矢量矩阵、构件矢量矩阵和连接矩阵建立数学模型,并用MATLAB编程实现单元结构的自动构型.引入构件力密度标量,建立系统力平衡矢量矩阵方程,分析结构的稳定性,把非线性系统平衡问题转化为线性系统平衡问题.通过分析平衡矩阵,对结构系统进行分类,筛选出能够构建起稳定结构的几何参数的变化范围.本研究方法具有通用性,适用于其它张拉整体结构形式的构型和稳定性分析.     

满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性分析

为获得更多张拉整体构型和拓扑结构,本文基于平衡方程,研究张拉整体拼接结构自稳定条件下的结构参数关系的求取方法。基于三杆张拉整体单元轴向拼接形成的臂状张拉整体结构,以减少结构节点约束数为目的去除索构件,获得一种新型满约束轴向拼接张拉整体结构;分析此结构的节点坐标、构件向量的求取方法,推导结构的平衡方程;依据节点和构件之间的连接关系,以获得方阵形式的平衡矩阵为目标,提出了平衡方程缩减原则;根据平衡方程有非零解,平衡矩阵行列式为零的原则,获得保证张拉整体结构自稳定的结构参数关系。通过具体实例分析,证明此方法正确,获得的结构参数关系能够保证确定的满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性。     

附加索对三杆张拉整体结构的影响分析

张拉整体结构是由不连续的受压杆构件和连续的受拉绳索组成的特殊索杆结构,它具有质量轻、刚度高、材料利用率高的特性。研究对三杆张拉整体结构,通过添加附加索来拓展其稳定构型范围。首先,通过结构的力平衡分析,获得添加附加索前后结构保持稳定构型的扭转角度取值范围。然后根据节点坐标与连接矩阵求取构件向量并建立结构的平衡矩阵。最后通过MATLAB仿真编程分析验证了添加附加索后三杆张拉整体结构的稳定构型,范围从基本构型的两个单值角扩展到以这两个角为边界的闭区间域。     

张拉整体基本单元几何稳定构型分析

为了研究张拉整体基本单元的稳定构型条件,本文用张拉整体基本单元几何参数,杆构件数目p,连接同一节点的杆、斜索的另一端节点序号差j,描述稳定构型中节点位置.分析节点力平衡,获得基本单元稳定构型条件.进一步探讨连接于同一节点的杆、斜索的另一端2个节点处于不同位置时,构件空间几何位置与p、j的关系,获得基本单元稳定构型统一条...     

气承式薄膜结构的找形分析

根据离散后膜曲面的节点平衡条件,推导了气承式薄膜结构初始平衡形状确定的基本方程.在此基础上,提出了气承式薄膜结构等应力密度及等应力两类初始平衡曲面的求解方法.依据文中方法编制了计算程序,给出了两个找形算例.算例验证了理论推导和程序的正确性,同时表明,对于气承式薄膜结构的找形分析,文中提出的求解方法简单、高效.     

松弛悬索体系几何非稳定平衡状态的找形分析

对于施工阶段松弛悬索体系的找形分析,体系的几何不稳定性将引起结构的刚度奇异,使仅适用于稳定结构分析的常规方法失效.针对此问题,基于"力密度法"的基本思想,提出-种给定单元原长的松弛悬索体系的找形方法.从单索特性分析入手,直接推导节点坐标和外荷载之间关系的基本方程,避免了刚度矩阵的建立.同时采用抛物线索单元,考虑了索的垂度效应.通过一个正交索网和一个悬挂索环的算例分析,验证了该找形方法的精确性和有效性.     

体内张拉成形空间网格结构径向迭代找形算法

针对体内张拉成形空间网格结构工程应用需要,在几何位移迭代法的基础上提出了一种仅对跨度方向,即径向坐标迭代计算的简易结构找形方法～径向迭代找形算法,并通过一个80m跨的体内张拉成形空间网格结构实例,对其找形过程特点做了细致的对比分析,结果表明该法找形速度快、迭代计算简单,经过6次迭代,坐标误差的最大绝对值仅为△R=7. 03E--04m, △θ=6. 7E--10°, △Z=0．104m,通常情况下完全可以满足实际施工要求,而且可以确保结构成形分析和受荷分析的连续性和完整性,非常适合于体内张拉成形空间网格结构形态研究。     

车辐式结构找形分析的逐点去约束法

车辐式结构是一种双层索系的柔性结构,需要通过找形分析确定结构的初始预应力态.与索膜、索网结构等柔性结构不同,车辐式结构的找形分析不是用给定的预应力值寻找结构位形,而是从给定的位形出发求解可能存在的预应力分布情况.目前已有的找形方法有平衡矩阵理论、力密度法、动力松弛法、非线性有限元法等.除了非线性有限元法外,其他方法都难以直接通过通用有限元软件进行找形分析.本文在平衡矩阵理论的基础上,将车辐式结构整体找形问题转化为针对每个节点处3个索杆单元的计算.通过使每个节点在预应力作用下达到设计位形,求出结构初始应力态的预应力分布.这种方法不但能够直接用于有限元软件的计算,还能够判定结构的初始应力态是否存在.     

张力结构形状调整优化分析

通过在张力结构杆件中引入作动器,主动调整杆件的长度,改变结构的形状,以提高张力结构的刚度和减小结构受力.定义了结构的合理工作状态系数,得出了作动器与杆件串联时的综合刚度和考虑作动器主动变形量的结点位移方程.以结构工作状态系数最小为目标,以作动器主动变形量为未知量,考虑索的应力约束、结点的位移约束以及作动器参数等约束条件建立了优化模型,编制了相应的求解程序.通过算例表明,作动器工作调整张力结构的形状后,在相同荷载作用下,结构的刚度大大提高,并且通过合理地布设作动器,可以达到杆件受力减小而结构刚度增大的优化目的.     

Research on a tensegrity parallel mechanism for wave energy harvesting

To solve the problem that the conventional floating wave power device can not transform the rotational kinetic energy into electric energy, a novel wave energy harvesting device based on tensegrity parallel mechanisms is proposed. The dynamic model of the novel device is developed on the basis of Airy's linear wave theory and Lagrange's equation. Then, the kinematic and dynamic analyses of the float are made. Afterwards, the efficiency of the novel wave energy harvesting device and conventional floating wave power device is computed and compared. The results indicate that the efficiency of energy harvesting of the proposed device is higher than that of the conventional floating wave power device. Moreover, the ability of the proposed device to resist destructive water waves is better than that of the conventional floating wave power device.     

张拉整体结构振动最优控制的作动器优化配置简

The simulated annealing algorithm is employed to implement the actuators placement optimization for a tensegrity structure, and the effect of actuator positioning on the vibration control of the structure is analyzed. To this end, the ANSYS model of a 4-floor tensegrity structure is built, and the state space control equation of the structure through mode transform and mode truncation is deduced. Based on optimal vibration control for the tensegrity structure, the energy of the system with respect to actuator locations is chosen as the optimal criterion. Simulation results indicate that the optimization method is effective, and that the performance of vibration control of the tensegrity structure is improved dramatically when actuators are placed in the optimal position.     

张拉整体结构的非线性主动控制

为了有效解决张拉整体结构在各种动态激励下的振动控制问题,保证结构的功能与安全性,研究张拉整体结构的主动控制问题.根据结构的机电耦合作动方程,推导结构的状态空间描述.基于瞬时最优控制算法和New-mark关系,推导张拉整体结构机电耦合最优控制方程.在Newmark算法的基础上引入Newton-Raphson迭代过程,考虑结构的几何非线性效应,实现了张拉整体结构的机电耦合非线性主动控制.以双层柱状张拉整体结构在随机激励下的振动控制为例,验证了算法的正确性与可行性.     

薄膜结构初始形态确定的几种分析方法研究

详细介绍了用于薄膜结构初始形态确定的力密度法和非线性有限元法等几种分析方法,并分别编制了相应的计算程序。本文运用分析方法对具体薄膜结构的算例进行了初始形态确定计算,对各种方法进行了分析比较。在此基础上提出了结合力密度法和基于非线性有限元的节点平衡法以确定薄膜结构初始形态的一种较为有效的方法－－综合节点平衡法。     

圆柱形张拉整体结构质量最小化方法

为减轻张拉整体结构的质量,提出一种张拉整体结构最小质量优化方法及进一步减轻质量的自相似迭代设计方法.以外载荷作用下的圆柱形张拉整体结构为研究对象,根据构件质量、材料失效模式的关系,提出以构件力密度、横截面积作为设计变量,结构静力平衡方程为约束的优化数学模型,采用线性规划优化方法对数学模型进行优化,并给出压杆两种失效模式下结构最小质量的选择方法;为进一步减轻质量,把三维T型杆自相似迭代结构应用到圆柱形张拉整体结构中,提出一种自相似迭代设计方法来设计一个质量更轻的张拉整体结构,提出有效替代空间概念,给出有效替代空间的计算方法.算例计算结果表明,最小质量优化方法及自相似迭代设计方法可以设计出质量更轻的张拉整体结构.     

点支幕墙索桁架支承体系初始态找形分析

初始预应力分布计算是索桁架初始态找形的重要内容。给出了索桁架的初始态平衡方程,提出了一种求解索桁架体系初始预应力分布的线性化方法,并编制了相应的电算分析程序。该方法是以结构的预应力分布为未知量,而结构的几何外形由设计者给定。算例表明提出的方法是可行的、实用的。该方法计算简单,易于被工程设计人员采用。