桁架結(jié)構(gòu)振動分析與主動控制研究.pdf

1、桁架結(jié)構(gòu)在航天事業(yè)的發(fā)展中有著廣泛應用,太空特殊的環(huán)境使得結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生故障并失效,從而對探索研究產(chǎn)生不利影響。故障中很多是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了大撓度變形,振動幅度過大無法控制所致。因此利用適當?shù)难芯糠椒?分析結(jié)構(gòu)振動特性與主動控制問題,對實現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)的機構(gòu)合理設計和安全長效運行具有重要的理論和實際意義。
　　譜元法是一種可求解結(jié)構(gòu)動力學問題的精確頻域方法,本論文利用譜元法得到動載荷作用下考慮剪切變形的桁架結(jié)構(gòu)頻域和時域響應,計算結(jié)果比有限

2、元法更加精確高效。同時,利用壓電材料和PID控制器對結(jié)構(gòu)的全頻段振動實現(xiàn)有效的主動控制。
　　首先,概述了譜元法的基本原理和優(yōu)缺點,推導了直桿和Timoshenko梁的動力學剛度陣。舉例計算了桿梁結(jié)構(gòu)的動力學問題,研究表明譜元法可以求解結(jié)構(gòu)的固有頻率、頻響函數(shù)、時間歷程曲線等振動特性,并且結(jié)果精確度好、計算效率高。
　　然后,在桿梁動力學剛度陣的基礎上,按有限元思想整合得到了桁架的整體動力學剛度陣。針對動載荷作用下的桁架結(jié)構(gòu)

3、,計算了其頻域和時域響應,并進一步對比了結(jié)構(gòu)構(gòu)型和參數(shù)等對結(jié)構(gòu)不同位置動力學特性的影響,說明了譜元法特別適合中高頻振動分析的特點。
　　最后,采用譜元法求解了壓電層合桿的動力學問題,并得到壓電桁架結(jié)構(gòu)的動力學剛度陣。采用經(jīng)典的速度反饋控制算法,對桁架結(jié)構(gòu)的振動進行了主動控制,分析了控制前后結(jié)構(gòu)的動力學特性,分析了壓電層合桿的數(shù)量布局、反饋控制增益大小對振動控制效果的影響。研究證明,譜元法在保證了高效精確的同時,對桁架結(jié)構(gòu)起到了全頻