壓電智能結構動力穩(wěn)定性及判定準則研究.pdf

1、隨著經濟社會的發(fā)展,大跨度空間結構已被廣泛應用于人們的社會生活和工業(yè)生產中。然而由于大跨度空間結構中的桿件通常比較纖細,因此屬于缺陷敏感結構,而且頻率分布也比較密集,振型數(shù)目較多。在受到強風、雨、雪以及地震等復雜的動力荷載作用下,很容易發(fā)生動力失穩(wěn)破壞,造成巨大的經濟損失。近年來發(fā)展迅速的結構智能控制技術為防止此類結構發(fā)生動力失穩(wěn)現(xiàn)象提供了一個新途徑。目前利用智能控制技術對大跨度空間結構進行動力穩(wěn)定控制的研究還處于起步階段,因此,對智能

2、結構的動力穩(wěn)定性問題進行深入的研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文以控制大跨度空間結構的動力穩(wěn)定為目的,利用壓電智能材料的正逆壓電效應,設計了一種壓電套筒式拉壓雙向受力的主元桿件。并以此壓電主元桿件為研究對象對桿件進行了驅動器力學試驗研究和動力穩(wěn)定性分析。其主要的研究工作如下:
　　(1)針對課題組設計制作的八根壓電套筒式拉壓雙向受力主元桿件驅動器,分析了驅動電壓與驅動力之間的關系;根據(jù)壓電堆片數(shù)得到了最大驅動電壓下

3、的理想最大驅動力;并進行了驅動力性能試驗研究。試驗結果表明,驅動電壓與驅動力呈線性關系;但試驗得出的最大驅動力與理想最大驅動力有一定差距,說明其由于制作工藝等原因在施加電壓時有能量的損耗。
　　(2)建立了壓電主元桿件分析動力失穩(wěn)區(qū)域的計算模型;推導了在簡諧荷載作用下壓電主元桿件,考慮機電耦合且不考慮阻尼及同時考慮機電耦合與阻尼時的馬奇耶方程;并分別求解了主元桿件在兩種情況下的第一、第二動力失穩(wěn)區(qū)域;得到了壓電堆相對長度與動力失穩(wěn)

4、區(qū)域的隱含關系。利用MATLAB軟件進行算例分析,驗證了壓電主元桿件在結構中能起主動控制的作用;得出了在實際工程應用中宜控制壓電堆長度小于或等于總長的一半,壓電主元桿件既經濟實用又可以起到理想的控制效果。
　　(3)總結了現(xiàn)階段實際工程中常用的結構動力穩(wěn)定性判定準則,并分別介紹了各判定準則的實用范圍及其優(yōu)缺點;推導了結構的能量變化、剛度矩陣正定性及動力穩(wěn)定性三者之間的關系;基于能量變化定義了適用于彈性結構的動力穩(wěn)定判定準則。利用A