桁架結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析與主動(dòng)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(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

2、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)

3、,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