体系几何稳定性和平衡形态解析是张力结构施工成型分析和可展结构运动形态跟踪的基础理论问题。本文以空间铰结杆件体系为研究对象,基于结构稳定理论重点讨论了影响杆系结构几何稳定性的主要因素和判定准则,以及杆系机构系统多平衡形态解析两个方面的问题。 基于常规结构稳定的能量准则和系统切线刚度矩阵的组成分析,本文剖析了影响杆件体系的稳定性的三个因素,即体系几何和拓扑,构件刚度及平衡内力。指出传统的杆系结构“机动分析”问题实质上就是系统在无内力状态下的稳定问题,同时就内力对机构系统(几何不稳定系统)的稳定性问题进行了讨论。 对于零刚度杆件问题,通常可以理解为该杆件撤除。本文进一步对铰接杆系结构撤除杆件后的几何稳定性问题进行了讨论。必需杆是保证一个体系几何不变必不可少的杆件,本文提出了必需杆的快速判别准则。进一步,对于拓扑优化等一些需要重复进行杆件不断修改的判定过程,本文提出了多杆撤除体系的几何稳定性判别准则。该准则比常规的直接判别法可以大大减少计算时间,提高计算效率。 本文基于方程求解的思想,将杆件体系的平衡形态解析问题看作非线性规划问题,以结构节点不平衡力作为优化目标,自由节点坐标作为设计变量,利用遗传算法对其进行寻优,可以得到多种平衡形态。本文通过求解简单机构的多平衡形态证明了该算法的可行性。