基于扁曲梁屈曲特性的形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)單元分析與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近些年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)不再是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，而是融合了很多學(xué)科比如機(jī)械、物理等。在此基礎(chǔ)上，建筑形式也變得豐富多彩起來(lái)，這改變了一些傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)概念，出現(xiàn)了適應(yīng)性結(jié)構(gòu)。所謂適應(yīng)性結(jié)構(gòu)是指其不再保持一成不變的拓?fù)潢P(guān)系或是形狀特點(diǎn)而是隨著荷載的變化不斷改變自己的形狀，變化力的傳遞路徑。本文在已有的研究基礎(chǔ)上，對(duì)形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究與分析。 首先對(duì)扁曲梁能夠?qū)崿F(xiàn)形態(tài)變化并具有雙穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了研究，采用尖點(diǎn)突變

2、理論與大型有限元計(jì)算軟件ANSYS分別進(jìn)行了理論解析分析與數(shù)值分析得出扁曲梁的這種性質(zhì)的可行性，并將扁曲梁具有的雙穩(wěn)態(tài)性質(zhì)引入到結(jié)構(gòu)中，同時(shí)與彈簧阻尼單元、剛性豎桿組合設(shè)計(jì)出一種形狀可以調(diào)節(jié)的形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)單元。 其次對(duì)設(shè)計(jì)出的形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了有限元建模與分析，同時(shí)對(duì)扁曲梁呈現(xiàn)不同矢跨比時(shí)的形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了對(duì)比性的穩(wěn)定分析和缺陷性分析。分析結(jié)果表明，扁曲梁矢跨比的提高可以提高結(jié)構(gòu)單元的承載能力，但是幅度不大；缺陷

3、性的引入可以降低結(jié)構(gòu)單元的臨界承載能力，但是卻能夠使得結(jié)構(gòu)單元的在形狀變化過(guò)程中的屈曲路徑變得穩(wěn)定，這對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是有利的。同時(shí)對(duì)本文提出的形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)單元的受力機(jī)理進(jìn)行了研究，得出其形狀變化的原因是扁曲梁具有的彎曲彈性和軸向剛度的有效結(jié)合。 此外，對(duì)于結(jié)構(gòu)單元中的彈簧阻尼單元進(jìn)行了變剛度分析，分析其對(duì)整體結(jié)構(gòu)單元的影響，分析結(jié)果表明，變剛度彈簧的引入可以實(shí)現(xiàn)形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的多種平衡狀態(tài)。不同的平衡狀態(tài)具有不同的承載力并可以實(shí)