基于压电摩擦阻尼器的网壳杆系结构的动力稳定性控制研究

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随着工业化的发展,人们对网壳杆系结构的功能要求越来越高了。但是,结构的动力失稳工程的案例越来越多,这不能不引起了广大学者们的注意。而国内外关于对网壳杆系结构的动力稳定性的研究还是较少,特别研究在地震荷载等作用下的失稳的问题更加少。因此,深入研究结构的动力失稳问题在对工程应用中具有非常重要的理论意义。本文主要针对以下几个方面的内容进行研究:第一,本文在弹性体系的基础上通过推导马奇耶希拉方程式,对结构有阻尼和没有阻尼的两种情况下深入研究,得出结构的第一和第二失稳定区域的方程式。针对三杆和正四角锥模型,利用ANSYS软件和MATLAB软件进行数值分析,验证了本文的推导公式的适用性。同时也说明了不同模型对推导公式的适合程度也是不同的;结构的失稳区域只需要考虑主要的第一、第二失稳区域,其他失稳区域可以忽略不计。另外,阻尼的衰减率增大能够明显缩小结构失稳区域范围。第二,通过选用经典K8网壳模型来模拟分析矢跨比对结构的影响,分有阻尼和无阻尼两种情况进行讨论,得出在一定的范围内网壳结构的失稳区域与矢跨比有密切的联系。矢跨比越大,结构的失稳区域越小;跨度越大,结构的失稳区域也越大。第三,基于能量法推导了杆系结构在动力失稳时的稳定度判定准则,通过介绍课题组研究的压电阻尼器性能,利用其良好的控制性能在单层网壳结构中设置压电摩擦阻尼器。运用本文推导的稳定度判定准则分析了没有压电阻尼器和嵌有压电阻尼器时网壳结构的动力失稳特性。在网壳结构的基础之上,通过不同的加载方式对结构施加荷载,分析结构的位移图形。同时,对结构应力以及轴力变化的走向分析对应的位移形式,分析结构失稳的形态。得出稳定度判定准则能够有效地判定结构动力失稳,嵌有压电阻尼器的结构能够有效控制结构振动,大大提高了结构的稳定性。第四,对动力不稳定区域和能量稳定度判定准则进行对比,说明两种方法都是可行的,都能准确判断结构的失稳状态。同时,两种方法都有各自的特点:动力失稳区域判定方法针对的是结构外加荷载频率大小和外加荷载大小对结构的影响,能量稳定度判定方法是根据结构某一时刻的能量变化来判断结构失稳,通过应力变化和位移变化等分析结果可以明显得出结构的失稳情况。最后,本文通过对前面几章的工作进行总结,并指出研究过程中还需要解决的问题和未来对结构动力失稳研究的方向。
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