智能桁架形状控制建模、优化与分析

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1、摘要本文以具有广泛应用前景的智能结构为背景，及力学，材料学，优化为一体，对压电智能结构这个广阔的，最前沿的多学科方向进行了探索和研究，主要内容如下：1．考虑了机电耦合效应，建立了智能桁架有限元分析模型，通过两个算例，分析了机电耦合效应对结构的静态行为(定位精度，背架精度)、动态行为(结构最低固有频率1的影响。2．对智能桁架在形状控制(形状定位精度，结构精度)方面的应用进行了优化，建立了以作动器配置参数和控制电压参数为设计变量，以智能桁架形状精度，能耗和成本为目标的优化模型，提出了自己的创新点：(1)将作动器配置参数和控制电压参数为设计变量，建立了一个广义设计

2、变量，引入NCP函数，将离散变量转化为连续变量，将这两类变量放在同一个设计空间加以考虑，同时优化作动器的位置，数量及控制电压。(2)在模型中加入压杆稳定约束，使智能桁架结构更加稳定。(3)考虑了频率约束，使结构更加符合工程实际应用。利用上述模型计算算例，采用MATLAB编制有限元分析程序，用iSIGHT进行优化，给出相应的计算结果，与目前国际上的最新研究结果相比较，验证了本文提出的模型及方法的优点，特别对加入频率约束或(及)压杆稳定约束后对优化的影响进行了比较于与分析。关键词：智能桁架形状控制作动器配置优化Abstract3Thetextbasedonthe

3、broadprospectintelligentstructure．Researchisonthenewestandmostchallengingmulfidisciplinarysubject，piezoelectricintelligenttrussstructm℃．Mechanics，materialscienceandoptimizationaleintegratedinthisdissertation．Themainworkdoneinthispaperisasfollowing：I．ConsideredtheaffectofMech—electr

4、iccoupling，PresenttheMech-electriccouplingFEMequationsofintelligentstructurewithpiezoelectricactuatorwerededuced．Bycalculatingtwoexamples，theaffectofMech—electriccouplingtothestaticactivity(positionprecisionandslructureprecision)anddynamicaeti啊tywerediscussed．2．Theactuatorplacement

5、sandcontrolvoltageweretakenasdesignvariables，andtheweightedpresentationof(positionprecisionorstructureprecision)，controlenergyandnumberofactuatorsistakenastheobjectivefunctioninthismodel．Newsolutionwasproposed：(1)TheactuatorplacementsandconlxolvoltageWastakenasdesignvariablesandbui

6、ltageneralizeddesignvariables．BybringingaNCPfimction，thediscreteactuatorplacementvariableWastransformedtocontinuousvariableandthetwokindsofvariableswasconsideredinonedesignspace，SOtheactuatorplacementandcontrolvoltagewereoptimizedsimultaneously．(2)TheconstraintofpressstabilityWasad

7、dedandthestructurewasmorestable．(3)ConsideredtheconstraintoffrequencyandthestructureWasmoreclosedtothepracticesituation．Thenumericalexamplesweredonebytheupwardmethod．MatlabwasusedforcodingtheFEMprogramandiSIGHTwasusedforoptimization．TheresultsweregiventOcomparingwiththatfromthenewe

8、stresearchinintelligenttru