桁架結(jié)構(gòu)在航天事業(yè)的發(fā)展中有著廣泛應(yīng)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(duì)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(dòng)幅度過(guò)大無(wú)法控制所致。因此利用適當(dāng)?shù)难芯糠椒�，分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性與主動(dòng)控制問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)合理設(shè)計(jì)和安全長(zhǎng)效運(yùn)行具有重要的理論和實(shí)際意義。 譜元法是一種可求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的精確頻域方法，本論文利用譜元法得到動(dòng)載荷作用下考慮剪切變形的桁架結(jié)構(gòu)頻域和時(shí)域響應(yīng)，計(jì)算結(jié)果比有限元法更加精確高效。同時(shí)，利用壓電材料和PID控制器對(duì)結(jié)構(gòu)的全頻段振動(dòng)實(shí)現(xiàn)有效的主動(dòng)控制。 首先，概述了譜元法的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)，推導(dǎo)了直桿和Timoshenko梁的動(dòng)力學(xué)剛度陣。舉例計(jì)算了桿梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)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(shí)間歷程曲線等振動(dòng)特性，并且結(jié)果精確度好、計(jì)算效率高。 然后，在桿梁動(dòng)力學(xué)剛度陣的基礎(chǔ)上，按有限元思想整合得到了桁架的整體動(dòng)力學(xué)剛度陣。針對(duì)動(dòng)載荷作用下的桁架結(jié)構(gòu)，計(jì)算了其頻域和時(shí)域響應(yīng)，并進(jìn)一步對(duì)比了結(jié)構(gòu)構(gòu)型和參數(shù)等對(duì)結(jié)構(gòu)不同位置動(dòng)力學(xué)特性的影響，說(shuō)明了譜元法特別適合中高頻振動(dòng)分析的特點(diǎn)。 最后，采用譜元法求解了壓電層合桿的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，并得到壓電桁架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)剛度陣。采用經(jīng)典的速度反饋控制算法，對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行了主動(dòng)控制，分析了控制前后結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)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(duì)振動(dòng)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(shí)，對(duì)桁架結(jié)構(gòu)起到了全頻段下的振動(dòng)抑制效果。 

 

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

 

頁(yè)數(shù)：76

 

文章目錄

 

摘要

Abstract

第1章 緒論

    1.1 課題背景及研究的目的和意義

    1.2 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀

        1.2.1 太空可展桁架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

        1.2.2 譜元法的研究現(xiàn)狀

        1.2.3 壓電材料主動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀

    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容

第2章 桁架結(jié)構(gòu)基本單元的譜元法分析

    2.1 引言

    2.2 譜元法的基本原理

    2.3 直桿的振動(dòng)分析

        2.3.1 直桿的縱向運(yùn)動(dòng)方程

        2.3.2 譜元法求解桿單元

        2.3.3 譜元法求解桿單元的算例

    2.4 Timoshenko 梁的振動(dòng)分析

        2.4.1 Timoshenko 梁的橫向運(yùn)動(dòng)方程

        2.4.2 譜元法求解 Timoshenko 梁?jiǎn)卧?/div>