八面體單元桁架結構的構建和簡化方法分析.pdf

1、空間可展結構是一類可折疊和展開的機構，折疊后，其結構緊湊、節(jié)省空間，便于儲存和運輸；展開時，可以得到工作所需要的大尺度的空間形狀或曲面。由于空間可展結構的展開狀態(tài)為工作狀態(tài)，此時需要其具有一定的保形和承載能力，故而許多空間可展結構的展開狀態(tài)都呈現(xiàn)桁架形式。在眾多的桁架結構形式中，單元桁架式結構的穩(wěn)定性更好，而且任何預期的空間形狀都可以利用單元桁架結構進行構建，因此這類結構應用較為廣泛。本文就是以空間可展結構的展開狀態(tài)為基礎，運用八面體桁

2、架單元，來進行空間可展結構的構建。
　　首先研究構建八面體單元桁架結構的方法。通過各種假設，運用多種幾何方法嘗試，最終確定由九個八面體單元構建的拋物面桁架結構的各個節(jié)點坐標，獲得八面體單元拋物面桁架結構的構型方法，并據(jù)此構建所要研究的八面體單元拋物面桁架結構。
　　其次對建立的八面體單元拋物面桁架結構進行拓展性和穩(wěn)定性分析。通過對結構單元的比較，給出八面體單元形變與兩點距離（八面體單元上下弦節(jié)點連線和中弦節(jié)點所構平面交點與該

3、平面形心距離）的對應關系。以此為依據(jù)，求出結構外圍拓展極限。給出自應力模態(tài)數(shù)s、位移模態(tài)數(shù)m與幾何穩(wěn)定性的關系，利用結構體系平衡方程求出結構的平衡矩陣，通過模態(tài)數(shù)的大小對拋物面桁架結構的穩(wěn)定性進行判定。
　　接著利用ANSYS有限元分析軟件，分析桁架結構在不施加預應力時各個桿件的受力情況；對桁架結構的平衡矩陣進行奇異值分解（SVD），將所得的自應力模態(tài)向量進行線性組合，并利用遺傳算法進行優(yōu)化，得到一組最優(yōu)的預應力；在施加預應力的狀

4、態(tài)下對桁架結構的各個桿件進行受力分析，找出始終受到拉力的桿件；用索件替代恒定受拉的桿件，建立索桿結構模型，檢驗變桿為索的可行性。
　　最后利用平衡矩陣及幾何穩(wěn)定性的判定方法，在保持平衡矩陣秩不變的前提下，以去桿后結構在垂直力作用下剛度基本不變作為依據(jù)，通過關聯(lián)矩陣變換，對結構的去桿可行性進行分析。在盡量保證結構穩(wěn)定性的前提下，達到簡化結構、減輕質(zhì)量的目的。
　　通過這些研究，獲得了一些空間基本單元體構建桁架結構的方法，了解了