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大跨度空间桁架整体提升模拟力学分析技术

建筑机械化 2024年第5期45卷 62-65页

作者：韩瑞京邹建磊闫立国北京市机械施工集团有限公司北京102628

北京新国展二期项目会议中心桁架结构造型复杂、桁架面积大、施工难度大。其楼面钢桁架结构采用地面拼装加一次整体提升的施工方法,利用钢结构分析软件对桁架整体提升的施工过程进行全过程受力模拟仿真分析,对比分析整个施工过程中各阶... 详细信息

北京新国展二期项目会议中心桁架结构造型复杂、桁架面积大、施工难度大。其楼面钢桁架结构采用地面拼装加一次整体提升的施工方法,利用钢结构分析软件对桁架整体提升的施工过程进行全过程受力模拟仿真分析,对比分析整个施工过程中各阶段的各个状态下钢结构的整体刚度和强度的变化,保证了施工过程的安全性。

关键词：钢结构大跨度空间桁架整体提升仿真分析

基于前馈—反馈原理的空间机器人在轨组装空间桁架反步阻抗控制

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计算力学学报 2024年

作者：刘东博陈力福州大学机械工程及自动化学院

研究了空间机器人在轨组装空间桁架的插、拔孔阻抗控制问题。为同步实现该操作过程所需的高精度力/位控制，首先，建立了载体姿态受控、位置不受控的空间机器人动力学模型；基于阻抗控制原理，根据机械臂末端力/位之间的动态关系建立了... 详细信息

研究了空间机器人在轨组装空间桁架的插、拔孔阻抗控制问题。为同步实现该操作过程所需的高精度力/位控制，首先，建立了载体姿态受控、位置不受控的空间机器人动力学模型；基于阻抗控制原理，根据机械臂末端力/位之间的动态关系建立了二阶阻抗模型。然后，结合前馈—反馈原理，提出了一种由类稳态控制、前馈控制和误差反馈控制三部分组成的反步法阻抗控制策略。该控制策略对系统建模不确定项补偿效果良好，具有结构可靠、鲁棒性强、控制精度高的特点。最后，利用Lyapunov原理证明了系统的一致渐近稳定性。仿真结果表明，其位置控制精度优于1mm，姿态控制精度优于0.01rad，末端输出力跟踪精度优于0.5N，满足空间机器人在轨组装空间桁架的控制需求。

关键词：空间机器人空间桁架在轨插、拔孔阻抗控制反步法

空间桁架结构特征响应信息对模型修正的影响机理分析

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振动与冲击 2023年第17期42卷 1-8页

作者：周林仁叶文许华南理工大学土木与交通学院广东广州510641

实测的结构响应特征信息是有限元模型修正的基础。由于土木工程结构体型巨大和服役环境复杂,使得结构现场测试难度大、成本高和测试信息有限,因此,合理和高效地利用这些来之不易的有限测量信息,以最小的代价实现对有限元分析模型的有效... 详细信息

实测的结构响应特征信息是有限元模型修正的基础。由于土木工程结构体型巨大和服役环境复杂,使得结构现场测试难度大、成本高和测试信息有限,因此,合理和高效地利用这些来之不易的有限测量信息,以最小的代价实现对有限元分析模型的有效修正,意义重大。从数学问题求解的角度分析结构模型修正,通过一个空间桁架的数值仿真,研究结构特征信息量大小和类型对模型修正的影响,揭示结构特征信息对模型修正的影响机理和规律。基于设计和建立的实验室空间桁架模型的标准试验和损伤试验,开展了基于实测数据的桁架结构模型修正,验证了结论的准确性和可靠性。对如何充分利用有限的结构特征信息对有限元模型进行高效和可靠的修正,提出了一些有价值的参考建议。

关键词：空间桁架结构模型修正特征量信息灵敏度分析相关性分析

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大跨度异形空间钢桁架安全吊装施工技术

重庆建筑 2024年第3期23卷 73-76,80页

作者：张涛中铁建重庆投资集团有限公司重庆400700

钢桁架具有结构跨度大、异形、施工复杂且常规设备难以完成整体吊装等特点,制定合适的吊装方案是保证钢桁架结构质量和安全的关键。吊装方案的选取需要综合考虑钢桁架吊装过程中结构的应力比和变形、运输难度、高空焊接量、安全性等因... 详细信息

钢桁架具有结构跨度大、异形、施工复杂且常规设备难以完成整体吊装等特点,制定合适的吊装方案是保证钢桁架结构质量和安全的关键。吊装方案的选取需要综合考虑钢桁架吊装过程中结构的应力比和变形、运输难度、高空焊接量、安全性等因素。该文以“中国传感器十大园区”——重庆市传感器特色产业基地暨西部(重庆)科学城北碚园区主出入口大跨度钢结构桁架安装为例,对比分析了各种吊装方案的优缺点。对比发现分三段吊装方案对吊装设备和场地要求低,吊装危险性较低,可实施性较好。在此基础上,结合现场施工环境和工期成本,对大跨度异形钢桁架分段吊装的整体施工流程、施工工艺、技术要点等进行了详细介绍。该工程对大跨度异形钢桁架吊装方案的尝试,为相关复杂工程的吊装方案提供了一定的借鉴。

关键词：大跨度异形钢桁架空间桁架分段吊装施工技术

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空间桁架结构等效连续体建模及固有特性分析

应用力学学报 2023年第2期40卷 282-293页

作者：曹东兴秦源孙杰朱东方胡文华北京工业大学材料与制造学部北京100124 机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124 上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 天津理工大学机械工程学院天津300384

针对空间桁架天线的结构特点,基于能量等效原理分别建立了不带底板和带底板的空间桁架结构的等效梁连续体模型。将胞元横截面上任意点的位移用横截面中心处的位移分量线性表示,求得胞元的应变能和动能;基于能量等效原理利用哈密顿原理... 详细信息

针对空间桁架天线的结构特点,基于能量等效原理分别建立了不带底板和带底板的空间桁架结构的等效梁连续体模型。将胞元横截面上任意点的位移用横截面中心处的位移分量线性表示,求得胞元的应变能和动能;基于能量等效原理利用哈密顿原理建立桁架天线结构的等效连续体动力学方程,求解得到等效连续体模型的固有频率和振型表达式;利用有限元方法对桁架结构进行仿真分析,并将仿真结果与等效连续体模型计算结果进行对比分析。结果表明,等效模型结果具有较好的精度,从而验证了等效连续体梁模型的正确性。研究结果可为大型空间可展桁架结构的动力学设计提供论支撑。

关键词：空间桁架等效连续体模型能量等效固有振动

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空间桁架结构在景观建筑中的运用

建筑结构 2022年第S1期52卷 687-692页

作者：鲍侃袁倪闻昊叶玮杭州园林设计院股份有限公司杭州310007 杭州西誉置业有限公司杭州310000

矩形钢管空间桁架结构具有结构稳定性好,造型轻盈,承载能力强等特点,很好地契合了景观建筑的特征。某大型公园的核心景观建筑采用了这种矩形钢管空间桁架结构,并对其进行了适当地改进,以满足建筑自身大跨度、大悬挑和结构抗震的要求。... 详细信息

矩形钢管空间桁架结构具有结构稳定性好,造型轻盈,承载能力强等特点,很好地契合了景观建筑的特征。某大型公园的核心景观建筑采用了这种矩形钢管空间桁架结构,并对其进行了适当地改进,以满足建筑自身大跨度、大悬挑和结构抗震的要求。通过有限元计算分析,得到了该环形桁架空间结构在罕遇地震下的变形特征及构件应力状态。结果表明,该结构安全合理,具有良好的抗震性能,且结构主体完工后所呈现的形态充分地还原了建筑师的设计意图。

关键词：矩形钢管空间桁架大跨度大悬挑稳定性

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空间桁架模型压电摩擦阻尼器半主动优化控制

建筑结构学报 2014年第8期35卷 50-56页

作者：展猛王社良朱熹育朱军强西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

基于压电材料的逆压电效应,将压电陶瓷驱动器与被动摩擦阻尼器结合,设计了一种新型压电摩擦阻尼器,通过施加电压来改变摩擦片间的滑动摩擦阻尼力,从而实现结构的实时半主动控制。分析了该阻尼器的工作原理和构造方法,推导了相应的阻尼... 详细信息

基于压电材料的逆压电效应,将压电陶瓷驱动器与被动摩擦阻尼器结合,设计了一种新型压电摩擦阻尼器,通过施加电压来改变摩擦片间的滑动摩擦阻尼力,从而实现结构的实时半主动控制。分析了该阻尼器的工作原理和构造方法,推导了相应的阻尼力模型。采用遗传算法对空间桁架模型结构进行了不同数量下压电摩擦阻尼器布置位置的优化研究,并利用基于线性二次型经典最优控制(LQR)算法的半主动控制策略,分析了不同数量压电摩擦阻尼器在随机布置和优化布置下对结构地震反应的控制效果。结果表明,新型压电摩擦阻尼器对空间桁架模型结构的地震反应有较好的抑制效果,采用遗传算法进行阻尼器优化布置后,最大控制效果可达57%,相比随机布置阻尼器时控制效果可提高近8%。

关键词：空间桁架模型结构压电摩擦阻尼器半主动控制遗传算法优化布置

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基于共旋坐标法的空间桁架几何非线性分析

科学技术与工程 2023年第31期23卷 13227-13233页

作者：朱丽君颜海泉董正方河南大学土木建筑学院开封475004 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200082

以往提出的共旋坐标法中,随动与整体坐标系的转换矩阵的计算需要中介值,对于大型工程结构会影响计算效率,且共旋坐标法在有限元程序中的实现多基于面向过程技术,以至数据不易管理、功能难以扩充,此外桁架何时考虑几何非线性也缺乏研究... 详细信息

以往提出的共旋坐标法中,随动与整体坐标系的转换矩阵的计算需要中介值,对于大型工程结构会影响计算效率,且共旋坐标法在有限元程序中的实现多基于面向过程技术,以至数据不易管理、功能难以扩充,此外桁架何时考虑几何非线性也缺乏研究。归纳对比了两种常用的共旋坐标法理论,基于整体坐标系原点来建立随转坐标系,给出无需中介值的空间桁架转换矩阵及杆端抗力的具体表达式,并基于此法,使用C++语言在基于面向对象技术的程序Aduts中实现空间桁架单元,进一步简化了共旋坐标法的计算,使其在有限元程序中的数据管理、二次开发和维护更简便。设计典型算例验证了本文桁架单元的正确性,并通过参数分析研究桁架的几何非线性,结果表明桁架的几何非线性不能单纯以经验理论即应变达到5%为判断依据,而需结合拱跨比的值来确定。

关键词：有限元分析空间桁架共旋坐标法随转坐标系几何非线性面向对象

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机械臂辅助空间桁架在轨装配方法研究

机械臂辅助空间桁架在轨装配方法研究

作者：曲文印哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

空间桁架是大型空间设施的基本骨架,所以在大型空间设施在轨建造过程中,空间桁架的在轨搭建是十分重要的一环。在真空、失重的太空环境下,大规模的空间桁架在轨搭建变得十分困难,利用宇航员在轨手动组装桁架不仅装配效率低,而且长时间... 详细信息

空间桁架是大型空间设施的基本骨架,所以在大型空间设施在轨建造过程中,空间桁架的在轨搭建是十分重要的一环。在真空、失重的太空环境下,大规模的空间桁架在轨搭建变得十分困难,利用宇航员在轨手动组装桁架不仅装配效率低,而且长时间的舱外作业会带来一系列的安全风险。针对上述问题,本文以建立可扩展的大规模空间桁架结构为目标,制定了一套空间桁架在轨装配方案,并将机械臂技术应用于空间桁架在轨装配过程中,辅助完成空间桁架的在轨搭建。综合运用了理论分析、结构设计、数值计算、仿真分析等方法来验证总体方案的可行性。本文的主要研究内容包括:首先,从大型空间桁架在轨装配理论出发,设计一种三棱柱空间桁架单元构型以及制定一种桁架在轨扩展方式。利用Ansys-Workbench仿真平台针对三棱柱空间桁架结构进行动力学模态分析,研究不同材料桁架的模态频率变化规律,选出防止低频振动方面性能更好的材料。再对不同有效面积的空间桁架结构进行模态分析,分析随着桁架面积的扩展各阶模态频率变化的规律。其次,为实现建立可扩展的大型空间桁架结构,设计一种空间桁架在轨装配平台。该平台可在空间失重的环境中附着在空间桁架上,并可在桁架平面上横纵移动。装配平台上方安装六自由度机械臂,用于抓取桁架材料进行在轨组装,可形成一种“边走路,边铺路”的装配效果。然后,对空间桁架装配平台上方的六自由度机械臂进行基本的运动学分析,通过对空间连杆坐标系的位姿转换研究,建立六自由度机械臂标准D-H参数模型,并完成六自由度机械臂运动学求解,进一步地对机械臂工作空间进行分析,确定机械臂在桁架上的方位,保证末端执行器可以到达桁架所有工作节点。最后,对机械臂装配桁架杆组过程的轨迹进行优化研究。采用经典的3-5-3多项式插值法对机械臂进行轨迹规划,随后以时间最优作为优化指标,采用粒子群算法进行轨迹优化方案设计,利用Matlab仿真软件验证优化后的各关节的参数指标以及轨迹运行时间。

关键词：空间桁架装配平台运动学分析轨迹优化粒子群算法