《基於壓電材料的智慧型張拉整體結構力電耦合回響研究》是依託北京科技大學，由張立元擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於壓電材料的智慧型張拉整體結構力電耦合回響研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：張立元
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
張拉整體結構是一類輕質、格線狀的空間結構體系，由預拉伸的繩和預壓縮的桿通過球鉸連線而成，在航天航空、土木建築、仿生機械、生物力學等領域具有許多重要套用，被譽為“未來的結構體系”。張拉整體結構的力學性質與幾何外形密切相關，因此結構的構型控制對實現其使用功能具有重要意義。本項目在結構力學與智慧型材料學的基礎上，擬對壓電式智慧型張拉整體結構的力電耦合回響進行研究，將涉及結構構型設計、變形分析、驅動控制等研究環節，目標是建立適用於含壓電元件的張拉整體結構力電耦合變形行為分析的理論框架，為此，將開展結構的力電耦合理論研究，發展非線性數值求解方法，實測典型結構的耦合回響，並進一步探索壓電式智慧型張拉整體結構的自校正、自適應、自修復等智慧型化功能，以期實現結構構型的智慧型控制。本項目的實施將有助於深入理解張拉整體結構在多場耦合作用下的變形回響特性，研究成果將為智慧型張拉整體結構的實際套用提供重要的理論參考。
結題摘要
張拉整體結構是一類輕質、格線狀的空間結構體系，由預拉伸的繩和預壓縮的桿通過球鉸連線而成，在航天航空、土木建築、仿生機械、生物力學等領域具有許多重要套用，被譽為“未來的結構體系”。張拉整體結構的力學性質與幾何外形密切相關，結構的構型控制對實現其功能具有重要意義。將驅動器與張拉整體結構的單元相結合而組成自適應的智慧型張拉整體結構，在振動控制、結構外形控制和精密定位領域有著重要的套用價值。本項目對含電驅動元件的張拉整體結構的力電耦合回響進行了系統性研究，開展了理論建模、數值模擬和實驗測試三方面結合的研究內容，涉及結構構型設計、變形分析、驅動控制等研究環節。理論研究方面，發展了大規模張拉整體結構的組合式構型設計理論，提出了基於力密度矩陣特徵值多項式係數行列式的張拉整體結構找形解析求解格式，建立了張拉整體結構準靜態力電耦合回響分析理論框架；模擬研究方面，提出了基於結構剛度矩陣法的張拉整體結構力電耦合回響的求解數值方法，模擬研究了稜柱狀結構、截角正多面體狀結構等多種張拉整體結構的力電耦合回響；實驗研究方面，選用電動推桿和PZT壓電堆疊為驅動元件以實現不同尺度的變形量，分別搭建了適用於巨觀位移測量和微觀位移測量的實驗測試系統，對稜柱狀結構和類擴展八面體球狀結構等典型張拉整體結構的力電耦合回響進行了實驗研究；實例研究方面，設計了由六根桿和三十根繩組成的柔性張拉整體式智慧型循跡機器人、四稜柱狀張拉整體結構便攜帳篷、稜柱狀張拉整體式電致位移平台等原理性套用實例。本項目的實施有助於深入理解張拉整體結構在多場耦合作用下的變形回響特性，研究成果可為智慧型張拉整體結構的實際套用提供重要的理論參考。
