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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:罗阿妮,张庆华,刘贺平,王媛媛,王龙昆.圆柱形张拉整体结构质量最小化方法[J].哈尔滨工业大学学报,2016,48(1):120.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.01.018
LUO Ani,ZHANG Qinghua,LIU Heping,WANG Yuanyuan,WANG Longkun.Minimum mass approach of cylindrical tensegrity structure[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2016,48(1):120.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.01.018
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圆柱形张拉整体结构质量最小化方法
罗阿妮, 张庆华, 刘贺平, 王媛媛, 王龙昆
(哈尔滨工程大学 机电工程学院,150001 哈尔滨)
摘要:
为减轻张拉整体结构的质量,提出一种张拉整体结构最小质量优化方法及进一步减轻质量的自相似迭代设计方法.以外载荷作用下的圆柱形张拉整体结构为研究对象,根据构件质量、材料失效模式的关系,提出以构件力密度、横截面积作为设计变量,结构静力平衡方程为约束的优化数学模型,采用线性规划优化方法对数学模型进行优化,并给出压杆两种失效模式下结构最小质量的选择方法;为进一步减轻质量,把三维T型杆自相似迭代结构应用到圆柱形张拉整体结构中,提出一种自相似迭代设计方法来设计一个质量更轻的张拉整体结构,提出有效替代空间概念,给出有效替代空间的计算方法.算例计算结果表明,最小质量优化方法及自相似迭代设计方法可以设计出质量更轻的张拉整体结构.
关键词:  张拉整体  力密度  力平衡  最小质量优化  T型单元  自相似设计
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2016.01.018
分类号:TU399,TU323
文献标识码:A
基金项目:黑龙江省自然科学基金 (11202128); 机器人技术与系统国家重点实验室(HIT)开放研究项目(SKLRS(HIT)2014ZD05).
Minimum mass approach of cylindrical tensegrity structure
LUO Ani, ZHANG Qinghua, LIU Heping, WANG Yuanyuan, WANG Longkun
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, 150001 Harbin, China)
Abstract:
To reduce the mass of tensegrity structure, this paper provides a minimal-mass optimization method and self-similar iterative design method for further reducing the mass. Taking a cylindrical tensegrity structure as the research object which is under the action of external load, and based on the relationship of component quality and the material failure mode, the force density and cross-section area are used to minimize the structural mass subjected to an equilibrium condition, and the answer is provided by a linear program. In this process, the selection method of minimal mass is provided under two failure modes, compression bar buckling and yield. For further reducing the quality, 3D T bar self-similar iterative structure is applied to the cylindrical tensegrity structurea, and a self-similar iterative design method to design a lighter tensegrity structure is proposed, in which the conception of effective alternative space is presented and a method is given for calculating the effective space. Examples show that the minimum quality optimization method and the design method of self-similar iteration can design a lighter tensegrity structure.
Key words:  tensegrity structure  force density  force equilibrium  minimum mass optimization  T cell  self-similarity design

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