一种基于多体系统滑移绳索单元的聚合式张拉整体结构动力响应分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多体系统滑移绳索单元的聚合式张拉整体结构动力响应分析方法，具有如下步骤：S1、将传统张拉整体结构系统转换为多体系统；S2、在多体系统的传统绳索单元基础上，建立多体系统滑移绳索单元；S3、利用S2中的滑移绳索单元，建立聚合式张拉整体结构的多体动力系统等价模型；S4、求解多体动力学微分代数方程组，以获得聚合式张拉整体结构的动力响应。本发明专利技术提供了一套聚合式张拉整体结构静力学与动力学分析的新策略。与现有的非线性有限元方法相比，采用所提出的多体动力学建模分析，建模过程简便通用、易于操作，且更加符合张拉整体结构系统的客观物理运动性质。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多体系统滑移绳索单元的聚合式张拉整体结构动力响应分析方法
本专利技术涉及张拉整体结构动力学分析
，特别是涉及到一种基于多体系统滑移绳索单元的聚合式张拉整体结构动力响应分析方法。
技术介绍
近年来，主动结构的理论研究与应用，已成为土木、机械、航天等实际工程领域的前沿热点问题。主动结构在工作过程中因其活动单元的优势，可以成为能够与环境共融的动态对象。其中，张拉整体结构是典型的主动结构之一，它是一种处于自应力状态下的空间网格结构，其通过自身内部拉、压构件相互作用来维持稳定的工作状态。由于张拉整体结构系统具有质量轻、强度高、自平衡、自适应、易于控制等特点，对这类结构系统的深入研究，将具有十分广泛的工程实际应用价值。早在上世纪60年代，美国学者Fuller就提出“张拉整体(Tensegrity)”这一概念，但与此同时并没有发展出有效的设计理论和方法。直到80年代初，这种结构才受到工程界的注意，此后的几十年以来，对张拉整体结构的找形、找态和动力学研究得到巨大发展。但上述研究，几乎都着眼于传统的张拉整体结构，即结构中的绳索单元都是相互独立分段存在的。为了便于使张拉整体结构单个构件的运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多体系统滑移绳索单元的聚合式张拉整体结构动力响应分析方法，其特征在于具有如下步骤：S1、将传统张拉整体结构系统转换为多体系统：将传统张拉整体结构中的受压构件视为多体系统中的刚体部件，受拉绳索单元视为仅有受拉刚度的弹簧力元；S2、在多体系统的传统绳索单元基础上，建立多体系统滑移绳索单元：S21、对于多体系统传统绳索单元：两个刚体之间通过绳索单元连接，设oixiyizi(i＝1,2)为固定在刚体i质心上的局部坐标，OXYZ为全局坐标；S211、假设刚体i质心位置坐标为

【技术特征摘要】
1.一种基于多体系统滑移绳索单元的聚合式张拉整体结构动力响应分析方法，其特征在于具有如下步骤：S1、将传统张拉整体结构系统转换为多体系统：将传统张拉整体结构中的受压构件视为多体系统中的刚体部件，受拉绳索单元视为仅有受拉刚度的弹簧力元；S2、在多体系统的传统绳索单元基础上，建立多体系统滑移绳索单元：S21、对于多体系统传统绳索单元：两个刚体之间通过绳索单元连接，设oixiyizi(i＝1,2)为固定在刚体i质心上的局部坐标，OXYZ为全局坐标；S211、假设刚体i质心位置坐标为而绳索单元连接点Pi的位置坐标则由向量表示，其值为当采用四元素Θi＝[e0e1e2e3]T来描述刚体的姿态角时，刚体i的广义坐标和广义速度依次为：那么，连接点Pi在全局坐标下的位置为：上式中，为与Θi相关的转换矩阵；S212、假设连接任意两个刚体之间的传统绳索单元则：将上式对时间求一阶导数，则：其中，为：从而，多体系统传统绳索的长度可以表示为：S213、定义单位方向向量为即：则绳索长度的变化速度为：从而，多体系统传统绳索单元的受拉内力为：上式中，k，c和h0依次为多体系统传统绳索的弹性系数、阻尼系数和松弛状态长度；当h≤h0，即绳索受压或松弛状态时，其内力Fc＝0，那么，该绳索单元对刚体产生的作用力为：S214、根据虚功原理，通过求解该多体系统传统绳索单元内力对整个系统产生的虚功，便可获得其对多体系统广义外力的贡献为：S22、对于多体系统滑移绳索单元：设刚体数目为m，滑轮数目为n-1，滑移绳索单元连接点数目为n+1；S221、给出该多体系统的广义坐标qs与广义速度依次为：S222、假设则类比于多体系统传统绳索单元的推导，多体系统滑移绳索单元的长度hs及其变化率依次为：从而，多体系统滑移绳索单元的受拉内力为：上式中，ks，cs和hs0依次为多体系统滑移绳索的弹性系数、阻尼系数和松弛状态长度，当hs≤hs0，即绳索受压或松弛状态时，其内力Fs＝0；S223、针对各滑移绳索单元片段hi，若其连接点Pi和Pi+1分别在刚体p和q上，则多体系统滑移绳索单元片段hi的内力对多体系统广义外力的贡献为：上式中，为hi的单位方向向量；S224、为描述多体系统滑移绳索单元内力对多体系统广义力的贡献，定义映射矩阵对步骤S223中各滑移绳索单元片段hi，有Ci(1,p)＝1，Ci(2,q)＝1，而Ci的其它元素为零，那么，该滑移绳索单元所有片段对多体系统广义外力的贡献为：上式中，符号为克罗内克尔积，为单位矩阵，由上式可进一步推导多体系统滑移绳索单元广义切线刚度矩阵和广义切线阻尼矩阵S3、利用S2中的滑移绳索单元，建立聚合式张拉整体结构的多体动力系统等价模型：S31、考虑含N个受压刚体构件的聚合式张拉整体结构系统，取各个刚体构件的位形坐标集合为系统的广义坐标变量，并采用四元素描述各刚体构件的姿态角，则系统的广义坐标数为7N；S32、利用步骤S1的等价转换、步骤S2的滑移绳索单元和步骤S31，建立聚合式张拉整体结构的多体动力学模型，即多体动力学微分代数方程组DAEs：

【专利技术属性】
技术研发人员：阚子云，彭海军，李飞，张盛，陈飙松，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21