張拉整體結構的形態(tài)理論與控制方法研究.pdf

1、本文在前人研究工作的基礎上，綜合運用能量分析、隨機搜索、有限元法、非線性力法、優(yōu)化控制等理論與數(shù)值方法，針對當前張拉整體結構形態(tài)研究中存在的共性科學問題及關鍵技術挑戰(zhàn)展開深入研究和探討。 將張拉整體結構的所有找形問題統(tǒng)一劃分為“找力”與“找形”兩大類，建立了相應的找形優(yōu)化數(shù)學模型，提出了基于隨機搜索算法的張拉整體結構找形方法，為解決自由形態(tài)張拉整體結構的找形與設計問題提供了一條有效的途徑。同時，利用上述找形方法發(fā)現(xiàn)了同一張拉整體

2、結構可以在完全不同的幾何構形下保持穩(wěn)定自平衡狀態(tài)的多穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，并針對六桿鉆石型張拉整體結構和二十面體Z字型張拉整體結構，研究了不同穩(wěn)定構形之間的能量關系與轉化條件，為張拉整體結構在作動器、力學傳感器等領域的應用提供了理論基礎。 理論推導了簡單張拉整體結構壓桿屈曲前后的結構響應，提出了考慮壓桿屈曲的復雜張拉整體結構數(shù)值分析方法，揭示了張拉整體結構在壓桿屈曲前的非線性應力強化現(xiàn)象和壓桿屈曲時的應力軟化現(xiàn)象，解釋了細胞肌動蛋白網(wǎng)狀結構

3、應力強化與軟化現(xiàn)象的力學本質。實現(xiàn)了張拉整體結構的粘彈性動力分析，提出了一個基于多模塊張拉整體結構的細胞張力絲力學模型，利用該模型成功預測了細胞張力絲的一系列粘彈性反應，將張拉整體結構的研究和應用從傳統(tǒng)的建筑結構領域擴展到更廣闊的生物力學領域。 提出了一種基于力法和模擬退火算法的張拉整體結構單目標優(yōu)化控制方法，解決了張拉整體結構的非線性優(yōu)化控制問題。同時，針對張拉整體結構形態(tài)控制精度與控制消耗之間的相互制約問題，提出了一種基于P

4、areto遺傳算法的張拉整體結構形態(tài)多目標優(yōu)化控制方法，該算法得到的優(yōu)化結果能夠完整描述控制精度與控制消耗之間的相關關系，有助于設計者根據(jù)實際需要權衡兩者之間的制約關系，為作動器及控制策略的選擇提供指導與參考。 推導了采用壓電作動器的張拉整體主動控制結構的機電耦合作動方程，實現(xiàn)了基于線性二次型和瞬時最優(yōu)控制算法的張拉整體結構線性與非線性動態(tài)優(yōu)化控制，比較了兩種算法在張拉整體結構動態(tài)控制中的適用性和控制效率，考察了作動器數(shù)量和作動