压电网壳结构动力稳定性研究

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随着人们对大空间建筑物需求的增加,网壳结构在实际工程中的应用越来越广泛。然而,钢材是一种缺陷敏感性材料,网壳结构都是由钢杆组成,杆件的长细比较大,在风荷载和地震作用等动力激励下,结构往往会首先发生失稳破坏。因此,研究大跨网壳结构的动力稳定性是很有必要的,事实上,这个问题已成为结构界研究的一个热门课题。在工程设计中,解决网壳结构失稳的方法是增大杆件截面积。这样做虽然能改变杆件的长细比,起到一定的控制效果,但耗钢量大,自重也大,不经济。本文根据鲍罗金弹性动力稳定理论推导网壳结构的主要动力不稳定区域的计算公式,并运用稳定度判定准则判定压电网壳结构的动力稳定情况。采用压电摩擦阻尼杆件,去替换掉网壳结构中一些普通杆件,通过压电摩擦阻尼杆件的通电出力特性和阻尼特性,来主动调节结构的动力特性,达到控制结构失稳的目的。研究工作如下:(1)运用有限元软件ANSYS10.0,分析了网壳结构在不同矢跨比和跨度下弹性振动响应规律,并介绍了目前网壳结构在静力和动力作用下的计算方法及判定准则。(2)从弹性体系的一般情况出发,应用理论推导了其在参数荷载下的动力失稳区域的计算方法,并结合动力学的知识得出了网壳结构在地震作用下的主要动力不稳定区域及影响因素。(3)将嵌有压电摩擦阻尼器的杆件优化进单层网壳结构中去,运用稳定度判定准则,分析具有压电摩擦阻尼杆件的网壳结构在动力荷载作用下的动力失稳情况,并对比稳定度判定准则与位移判定准则和应力变化率判定准则的实用性。通过分析得出,仅用ANSYS软件进行有限元时程分析不能判定结构失稳与否,需嵌入失稳判定准则才能更加直观;网壳结构的动力失稳区域与结构阻尼,节点质量及荷载形式有关,由此可以运用压电智能杆件去改变普通杆件的性质,以此去调节结构的动力失稳区;将压电摩擦阻尼器应用到网壳结构中,结合能量判定准则(稳定度判定准则),能显著地反映出结构响应的抑制作用,说明将压电杆件应用到网壳结构中去,可以有效地控制结构的振动响应,实现结构振动的主动控制。对解决网壳结构的动力失稳问题起着重要的理论意义和实践价值。
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