满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性分析

为获得更多张拉整体构型和拓扑结构,本文基于平衡方程,研究张拉整体拼接结构自稳定条件下的结构参数关系的求取方法。基于三杆张拉整体单元轴向拼接形成的臂状张拉整体结构,以减少结构节点约束数为目的去除索构件,获得一种新型满约束轴向拼接张拉整体结构;分析此结构的节点坐标、构件向量的求取方法,推导结构的平衡方程;依据节点和构件之间的连接关系,以获得方阵形式的平衡矩阵为目标,提出了平衡方程缩减原则;根据平衡方程有非零解,平衡矩阵行列式为零的原则,获得保证张拉整体结构自稳定的结构参数关系。通过具体实例分析,证明此方法正确,获得的结构参数关系能够保证确定的满约束轴向拼接张拉整体结构的自稳定性。

基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。

含冗余拉索的张拉整体拼接结构变形能力分析

为研究含冗余拉索的张拉整体结构的变形能力,基于能量耗散最少的索驱动理念,提出了实现结构变形的最优驱动方式的选择方法。首先,对张拉整体基本单元的结构参数、构件与节点的连接关系进行设置,并对索长收缩后结构新的稳定状态进行力学性能分析,得出新的节点坐标计算公式;其次,赋值结构参数和材料参数,对结构的变形过程进行分析:先收缩被动索对张拉整体结构进行预紧,计算除主动索外结构额外耗散的弹性势能,后收缩主动索使张拉整体结构发生变形,计算主动索能量耗散做功和结构的最终变形,提出结构变形的最优驱动方式的评价标准;最后,以含冗余拉索的双层轴向拼接结构为例,区分结构的主动索与被动索,进行最优驱动方式研究。分析结果表明:对于结构的单一轴向变形,当斜索为主动索、中间水平索为被动索时,结构的轴向变化最大,能量耗散最小;对于包含轴向变形与扭转变形的结构复合变形,当与杆构件旋向相反的斜索为主动索,剩余斜索为被动索时,结构的复合变形最大,能量耗散最小。