Equivalent continuum modeling of beam-like truss structures with flexible joints

The paper investigated the equivalent continuum modeling of beam-like repetitive truss structures considering the flexibility of joints,which models the contact between the truss member and joint by spring-damper with six directional stiffnesses and dampings.Firstly,a two-node hybrid joint-beam element was derived for modeling the truss member with flexible end joints,and a condensed model for the repeating element with flexible joints was obtained.Then,the energy equivalence method was adopted to equivalently model the truss structure with flexible joints and material damping as a spatial viscoelastic anisotropic beam model.Afterwards,the equations of motion for the equivalent beam model were derived and solved analytically in the frequency domain.In the numerical studies,the correctness of the presented method was verified by comparisons of the natural frequencies and frequency responses evaluated by the equivalent beam model with the results of the finite element method model.

大挠性航天桁架结构动力学及其主动控制研究进展

针对大挠性桁架结构在航天领域的工程应用背景,对大挠性航天桁架结构进行系统分类,综述了几种常见的大挠性桁架结构(桁架式空间站/空间承载结构、网状反射天线的支撑结构、环形张紧桁架可展开天线、变几何桁架结构)的研究进展、结构动力学建模进展、主动杆建模进展以及主动控制理论和实验研究进展,并结合大挠性航天桁架动力学和主动控制的现状,对这一领域的研究进行展望.

大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。

大挠性空间桁架结构的动力学建模与仿真研究

对航天器结构中常用的一字型空间桁架,基于建立的普通式和拉索式空间桁架结构简化模型,用有限元法建立空间桁架结构模型,分别对两种空间桁架结构的模态特性、谐响应和瞬时激励响应等动力学特性进行了仿真研究,分析了拉索式空间桁架结构的弦张力对桁架结构振动特性的影响。研究较好地模拟了大挠性空间桁架结构的动力学特性及其在外太空的真实工况,有一定的参考意义。

大跨度钢桁拱桥设计关键技术

柳州市白露大桥为主跨288 m的连续钢桁拱桥,采用两片主桁,主桁中心距为37 m。针对边跨桁梁桁高矮、横向宽度大的特点,将腹杆设计为变截面,通过减小其线刚度并增大截面面积的方法以消除横向框架效应产生的不利影响。平联采用较为简洁的菱形桁式,兼顾结构的受力合理性和美观性。桥面采用密横梁体系的正交异性整体桥面板,使桥面板参与主桁共同作用的同时避免了横梁面外弯曲。为改善结构气动性能,降低风致振动的影响,采用柔性吊杆。边跨平弦钢桁梁采用支架法半悬臂施工,中跨拱圈采用以临时墩辅助拱上吊机悬臂架设的施工方案,桥面系随主桁同步架设。

柔直阀厅大跨度屋盖结构选型研究

在国内柔性直流输电工程领域,屋盖结构横向跨度一般接近50~60 m,约为常规±800 kV特高压直流换流站高压阀厅跨度的2倍,属于单层、空旷、大跨厂房。目前,同规模大跨度屋盖厂房较少,结构设计经验不多。文章依托2022年冬奥会清洁能源送电项目张北柔性直流电网±500 kV丰宁换流站柔直阀厅屋盖设计,开展了柔直阀厅大跨度屋盖结构选型分析工作。通过对网架结构方案、空间管桁架结构方案进行结构布置比较和静力、动力分析,重点研究对比了其结构刚度、承载能力及钢材用量等技术经济指标。研究结果表明,在同等情况下,综合屋面檩条系统,网架结构耗钢量较空间管桁架结构低,经济效益好。推荐柔直阀厅大跨度屋盖结构优先采用网架结构方案。

空间大型桁架天线姿态与振动一体化控制

随着空间任务需求的增长,大型桁架结构在空间应用中更加广泛,使系统刚柔耦合特性不断增强,在轨运行时容易产生振动,从而影响系统的姿态稳定。为了实现空间大型桁架天线系统姿态与振动的一体化控制,基于拉格朗日原理完善了系统动力学模型,从根本上阐述了挠性结构振动与系统姿态角的耦合关系,提出了一种固定时间全局滑模控制器以实现一体化控制目标。仿真结果表明,所提控制算法能够在短时间内抑制挠性结构的振动响应幅值,同时可保证系统姿态的稳定。该算法具有良好的鲁棒性和固定时间收敛特性。