空间桁架式展开机构拓扑特性分析
基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计
( 4) 在 得 到的 拓 扑优 化 结 果基 础 上, 利 用 APDL 命令提取和输出节点的坐标, 得出各节杆的 节距, 可以实现在满足一 定强度条件下杆的截 面 尺寸优化。
2 建模
AN SY S 拓扑 优化 功能 可以 用 于求 得 最 优结 构 , 以获得最大刚度、最小体积或最大 自振频率。拓 扑优化的原理是在满足结构体积减小量的条件 下 使结构的柔度极小化, 极 小化的结构柔度实际 就 是要求结构的刚度最大化, 优化过程是通过自 动 改变设计变量, 即单元伪密度 ( ) 来实现的。单 元伪密度 = 0的材料为可以删除的部分, 单元伪 密度 = 1的材料为保留的部分 [ 1, 2] 。
作 者: 魏文儒 地 址: 大连理工大学机械工程学院 邮 编: 116023
四连杆式带式制动器的结构与计算
中船重工集团第七 & 四研究所 姚化利 上海吴泾化工设计院 刘朝阳
带式制动器有多种结构形式, 本文介绍基本 式四连杆式带式制动器, 其结构原理源于普通 带 式制动器, 另外给出了具有代表 性的 2种动力 配 置结构形式: 螺杆动力式和两段螺 杆式。分析 了 其结构、功能特点和计算方法。
4 汪希萱, 曾胜 电磁式在线自动平衡系统及其动平衡方 法研究 热能动力工程, 2003, 18 ( 103): 53# 57
5 ISO 1925, Ba lanc ing - V ocabu lary, 1981
作 者: 程 峰 地 址: 山西太原中北大学机电工程学院航空宇航工程系 邮 编: 030051
试论基于ANSYS的空间桁架结构拓扑优化设计
Ｕ ＭＥ ， 它既可作为 目标 函数 ， 也可以用于约束条件 。本文 定义 目标 函数 为 ＭＣ Ｏ ＭＰ ， ｖ ０ ＵＭＥ 减 少６ ０ ％为约束条件， 定义 目标函数和约束条件的命令
流如下：
’ Ｉ ‘ ＯＣ０Ｍ Ｐ， Ｍ ＣＯＭＰ， Ｍ Ｕ Ｉ ’ Ｉ Ｐ ＬＥ， ４ １
定义多柔度作为拓扑优化函数ＭＣ Ｏ ＭＰ
计方法对 于保证空 间桁架结构的施工质量 ， 提 高桁架结构的稳定性与安全 性来讲都有着很重要的意义。 而在对空间桁架结构设计进行优化时 ， 常常采 用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ｓ 软件来对结构进行有 限元分析和计算 ， 通过Ａ Ｎ ｓ Ｙ ｓ 软件的强大计 算功能来实现设计最优化的 目的。 所谓实现设计最优化， 就是指在确保结构 的安全的前提下 ， 尽可能的减 少材料的使用量， 降低工程成本。 以达到最经 济合理的设计方案 。这对于实现节能建筑理念和可持续发展理念在空间桁 架结构中的有效运用是有着关键作用的 。 因此 ， 对空间桁架结构 的设计进行 拓扑优化处理是非常有必要的。 ２ 、 建立空 间桁架结构拓扑优化设计模型 Ａ Ｎ ｓ Ｙ Ｓ 拓扑优化功能可 以用 于求得最优 结构 ， 以获得 最大刚度 、 最小 体积或最 大 自 振频率 。拓扑优化 的原理是在满足 结构体积减小量的条件下 使结构的柔度极小化 ， 极小化 的结构柔度实际就是要求结构的刚度最大化 ， 优化过程是通过 自 动改变设计变量 ， 即单元伪密度来实现的 单元伪密度为 Ｏ 的材料为可 以删除的部分 ， 单元伪密度 为ｌ 的材料为保留的部分 。 Ａ ＮＳ ＹＳ 拓扑优化功能 。模型 中只 能有 下列单元类 型：二维平面 单元 Ｐ Ｌ Ａ ＮＥ ２ 和Ｐ Ｉ ． Ａ Ｎ Ｅ８ ２ ， 用于平 面应力或轴对称 问题 ； 三维块单 元Ｓ Ｏ ｕ Ｄ９ ２ 和 Ｓ ＯＬ Ｉ Ｄ９ ５ ； 壳单元Ｓ ＨＥ Ｌ Ｌ９ ３ 。 而在本文研 究中的空间桁架结构总体尺寸较大，为５ ．８ ｍｘ ５ ．８ ｍｘ ２ ５ Ｉ Ｔ Ｉ ， 且作用 力都集 中在结构的外表面 。若采用三维 实体单元， 尽管建模简 单， 但计 算量大且对机器配置要求高 ， 故采用壳单元Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ ９ ３ 。 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 程序只对单元类型编号等于１ 的单元网格进行拓扑优化，对于 单元类型编 号等 于或大于２ 的单元 网格部分不进行拓扑优化 所以， 在划分 模型网格时， 必须确保拓扑优化的区域 的单元类型编号为ｌ 。 优化模型根据 与其连接部分结构尺寸条件建立，臂架结构顶部采用板 结构焊接形式 ， 本文将确定其为非优 化区域， 板 厚为２ ０ ｍ ｍ， 优 化区域是由３ 个 面组成 的空间三维连续体结构 ， 板厚为３ ０ ｍ ｍ。 结构顶部前端垂直载荷４ ０ ｔ ， 结构 仰角 ： ８ １ 度。 ３ 、 空间桁架结构 的拓扑优 化及其优化结果 在建立 了相应的优化模 型之后 ，我们对臂架底部铰接的空间桁架结构 设计方案 ， 通过线性结构静力分析的手段对其开展了拓扑优化 。 现将拓扑优 化的具体过程以及结果分析分别描述如下 ， 以供参考 。 ３ ． １ 空间桁架结构的拓扑优化过程 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 程序提供 了１ 个专 门用 于预定义总体积 的拓扑 函数 ，Ｈ Ｐ Ｖ Ｏ Ｌ ．
板桁组合结构的受力特性及其空间分析方法
改回日期: 2001- 06- 11
( 责任审编 孟庆伶)
新书征订
5 国外铁路冻土技术文献汇编6 是由 铁道部科学 技 术信息研究所与中铁西北科 学研究院联 合收集国 外有 关冻土工程技 术文献, 经 翻译 整理编 辑完 成的 一本 新 书。5国外 铁路冻土技术文献汇编6 收录 了国外冻土 研 究论文和报告共 92 篇, 50 余万字。内容 包括冻土 工程 性质、冻土路基工程、冻土桥涵 工程和冻 土工程施工 四 部分, 从一个侧面反 映了 国外 铁路冻 土工 程技 术的 现 状和研究动态, 可为 青藏 铁路 以及其 他冻 土地 区铁 路 建设的科学研究、设计和施工提供参考和借鉴。
第 主桁竖杆 - 12167
主桁斜杆 三 副桁直撑
271 04
主桁斜杆 五 副桁直撑
101 96 131 26
副桁斜撑 节
副桁斜撑 节
- 38138 - 38155
公路边纵梁 - 6181 - 7177 公路边纵梁 - 38183 - 38103
间 公路中纵梁 - 2105 - 1196 间 公路中纵梁
为了模拟试验段的受力特点, 模型亦选择 了斜拉桥的结构形式。这种结构形式不仅可以 模拟试验段的受力条件, 同时也使模型试验的 加载容易实现。模型桁梁的立面及平面构成见 图 1、图 2。 212 模型的制造及安装
由于模型的比例尺相当大, 加工、制造及安 装精度要求又高, 因此特别制定了模型制造和 安装技术条例。一般说来, 对制造安装公差的 要求均较严格, 有关高强度螺栓的施拧、摩擦面 的处理以及构件的焊接均采用与实桥相同的工 艺要求。 213 试验荷载
航天器桁架结构拓扑优化设计
第 4 期 C HIN ESE SPACE SCIENCE AND TEC HNOLOG Y 航天器桁架结构拓扑优化设计李东泽1 于登云2 马兴瑞3(1北京空间飞行器总体设计部,北京100094)(2中国空间技术研究院,北京100094)(3中国航天科技集团公司,北京100833)摘要 对带有附加结构的卫星主桁架结构进行了拓扑优化设计。
优化的目的是在满足结构柔度和基频约束条件下使结构体积(结构质量)最小。
对优化时可能存在的重频优化问题,采用半定规划法建立了结构优化模型,该方法可回避重频情况下敏度分析所带来的困难,对有无重频问题均适用。
对附加结构的刚度及质量对拓扑优化结果的影响进行了讨论,并进行了多方案设计和比较。
对桁架结构拓扑优化中常见的次元问题进行了分组处理,在满足卫星力学性能指标前提下,大幅度降低了桁架结构的质量,获得了工程适用的结构设计方案。
关键词 桁架结构 拓扑 优化设计 航天器1引言桁架结构在承受集中载荷方面具有较高的效率,是航天器结构设计中常采用的结构型式之一。
为减小结构质量,提高承载能力,结构材料一般由高模量、高强度的新一代碳纤维复合材料组成,国外卫星有效载荷的质量占整星质量的百分比可达30%以上,我国比例一般不超过15%[1],因此减小质量成为卫星结构设计的重要任务之一。
除了在选用材料方面实现减小质量以外,优化技术是减小质量的有效手段,本文的研究对象为带有附加结构的桁架结构,所受载荷为纵向和横向加速度过载。
优化设计的任务是使主桁架在满足刚度和基频约束的条件下,确定最轻桁架结构的拓扑形式。
优化的困难在于当结构出现重频的时候,该频点处不具有通常意义下的导数信息,基于梯度的优化算法不再适用[2]。
另外一个问题是复杂桁架结构的最优拓扑结构通常存在很多次元(截面积很小的杆元),可能导致不切实际的优化结果,很难应用于实际工程。
本文采用半定规划法建立的桁架结构优化模型成功克服了重频带来的困难,并对优化结果中的次元问题进行了分组优化处理,针对不同分组情况下的最优拓扑结构,讨论了附加结构的参数(刚度和质量)对最优拓扑结构的影响,并从中选出结构质量可接受的较为合理的工程结构。
钢结构空间钢管桁架结构简介
钢结构空间钢管桁架结构简介空间钢管桁架结构体系是大跨空间结构当中的有大一个重要成员。
郑州大学新校区体育馆由三组环向桁架、三组径向桁架和三组撑杆为主要构件组成，外环、外部径向桁架与中环构成结构核心的主要受力骨架，通过封闭外环的设计，使其形成一个受拉的环箍，限制了外部径向预应力桁架滑动支座端的径向位移，从而减小了整个径向结构的竖向挠度，在此满足规范要求的同时，使结构用钢量达到最佳经济指标。
该屋盖平面的投影为轴对称的花瓣形，在半径约7m和15m及外围处设置三道封闭的环桁架，沿径向设置24道空间桁架，并以环桁架为分界沿转轴修整方向错开布置，径向桁架被划分为外、中、内三部分。
整个结构外观简洁，轻逸，受力合理，传力直观，整体性能好。
对它进行探索有助于了解结构性能，指导设计施工，并为并不相同结构的应用提供结构依据。
1管桁架结构概述近年来，钢管结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用，而且在工业及民用建筑中的应用日益愈来愈广泛，结构在我国建筑结构中的应用也越来越多，如宝钢三期工程中采用方管桁架，吉林滑冰练习馆、齐齐哈尔冰雪展览馆、上海“东方明珠”电视塔微观和长春南岭万人体育馆均采用方钢管作为主要结构构件，广州体育馆屋盖采用了方钢管和圆钢管，上海虹口体育场采用圆钢管作为屋面承力体系，成都双流机场屋盖采用了圆钢管作为主要受力构件。
在公共建筑领域，钢管结构中独特的结构形式层出不穷，如悉尼水上运动中心，美国迦登格罗芙水晶钟楼；单层大的空间建筑领域，除了在超级市场、货栈和仓库中继续广泛应用外，还出现了一些超大型结构，如澳洲章楦机场机库，大阪国际机场候机厅；另外还有轻型大跨结构，如人行天桥和起重机结构；其他特殊用途的结构，如固定式桅杆和航天发射架等。
2001年建成的建筑面积7250的北京植物园展览温室采用是国内首次采用相贯节点的切线钢管桁架结构。
钢结构用材为16Mn，钢管最大规格为299mmx12mm，钢结构总吨位720t。
空间展开桁架结构动态特性分析(精)
空间展开桁架结构动态特性分析
全部作者：
王立国王本利
第1作者单位：
南京航空航天大学高新技术研究院
论文摘要：
空间展开桁架结构属于多体动力学研究范畴，本文利用Lagrange乘子法建立多体动力学方程，通过ADAMS和I-DEAS建立空间展开桁架的多体动力学仿真模型，进行仿真计算。
利用I-DEAS对桁架单元的模态进行计算，生成模态中性文件，将其输入到ADAMS/FLEX里与卫星组成柔性空间展开桁架仿真模型，进行展开桁架的多柔体动力学计算。
文中给出了展开前后的动力学固有特性；对展开过程中分别为刚性桁架和柔性桁架两种情况进行了仿真计算，对比了两种情况的桁架展开过程中卫星姿态角及姿态角速度的变化；比较了柔性桁架不同展开速度对卫星姿态角及姿态角速度的影响；对柔性桁架展开过程中及展开锁定后的卫星姿态角速度的变化曲线进行快速傅立叶变换，得到柔性桁架展开过程即展开锁定后卫星姿态角速度的频幅特性曲线。
对空间展开柔性桁架进行运动稳定性分析，据无扰运动的稳定性定义，通过对卫星在不同初始姿态角速度下及受到力矩脉冲作用下展开时卫星的姿态角速度的影响的比较，说明在这两种初始扰动下桁架的展开运动的稳定性情况；对不同驱动角速度下桁架展开的仿真比较得到该桁架的失稳条件。
关键词：
柔性多体动力学；展开桁架；姿态角速度；运动稳定性远程下载论文(免费PDF论文全文)
发表日期：
2006年12月19日
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修改稿：。
大跨度空间桁架性能分析
大跨度空间桁架性能分析大跨度结构包括：拱券结构、穹窿结构、桁架结构、网架结构、壳体结构、悬索结构以及膜结构。
其中桁架结构中桁架是指桁架梁，是格构化的一种梁式结构。
它经常被用在大跨度的厂房、展览馆、体育馆以及桥梁等公共建筑中，由于大多用于建筑的屋盖结构因此桁架还被叫做屋架。
一、大跨度管桁架的内涵桁架作为大跨度结构的一种，在古代有用木材形式的构架作为屋顶结构的，可是出现符合力学原理的新型桁架是现代的事。
桁架梁与实腹梁在抗弯性相比将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，内力臂增大，抗弯强度增加，在抗剪性相比，合理的腹杆布置将剪力逐步传递给支座。
虽然桁架可以进行大跨度的结构，但在高度上有所限制，因此，它更适合各种跨度的建筑屋盖结构。
近年来，钢结构不仅在海洋工程、桥梁工程中被广泛应用，在大型公共建筑中也被逐渐应用，采用方钢管作为主体结构构件的上海“东方明珠”电视塔、哈尔滨冰雪展览馆、长春南岭万人体育馆等；采用方管桁架的宝钢三期工程；采用方钢管和圆钢管为屋盖的广州体育馆；采用圆钢管作主要受力构件的成都双流机场屋盖。
现如今，大跨度管桁架在民用建筑中也被广泛应用。
二、大跨度管桁架的形式以及特点桁架结构根据外形可分为三种形式：1.平行弦桁架2.折弦桁架3.三角形桁架；根据几何组成方式可分为：1.简单桁架2.联合桁架3.复杂桁架；根据水平推力可分为：1.无推力的梁式桁架2.有推力的拱式桁架。
管桁架分类：根据受力特性与杆件布置不同可分为空间管桁结构、平面管桁结构，平面管桁结构的下弦和上弦还有腹杆都是在同一个平面内，结构平面外刚度较差，通常需要通过侧向支撑来确保结构的侧向稳定；空间管桁架的结構通常是三角形的截面，跨度比平面管桁架结构相比较大，且稳定性也好，外形也比较美观。
三角形桁架可以在不布置或不能布置面外支撑的场合提供较大的空间跨度，减少侧向支撑构件，更为经济，对稳定性和扭转刚度都有提高。
按构件的截面可分为C-C型桁架，R-R型桁架以及R-C型桁架。
空间杆状构架式展开机构拓扑型综合与分析
ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｐ ｌ ｏ ｙ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ，ｉ ｔ ｗａ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｖ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ
Ｔｙ ｐｅ Ｓ ｙ ｎｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｍ ａ ｓ ｔ ＿ Ｌｉ ｋ ｅ ｄ Ｄｅ ｐ ｌ ｏ ｙ ｍｅ ｎｔ
Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｓ ｍ ｗｉ ｔ ｈ Ｔｒ ｕ ｓ ｓ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｋｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ；Ｔｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ；Ｔｙ ｐ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ；Ｔｙ ｐ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ；Ｍ ｅ ｔ ａ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｉ ｃ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ
网架结构与空间管桁架结构的特点分析
网架结构与空间管桁架结构的特点分析一、引言- 介绍网架结构与空间管桁架结构的定义和概念- 阐述研究这两种结构的必要性和重要性二、网架结构的特点分析- 网架结构的组成和形态- 网架结构的主要特点：刚性好、稳定性高、建造效率高、适用性广等三、空间管桁架结构的特点分析- 空间管桁架结构的组成和形态- 空间管桁架结构的主要特点：轻量化、刚性好、稳定性高、抗震性强等四、网架结构与空间管桁架结构的比较分析- 结构形态上的区别- 技术特性上的异同- 实际应用中的优缺点对比分析五、结论与展望- 总结网架结构与空间管桁架结构的特点和应用现状- 展望未来这两种结构的发展方向和研究重点注：以上为提纲，论文内容根据实际情况适当展开补充。
一、引言网架结构和空间管桁架结构是目前颇为流行的建筑结构形式，其主要特点为刚性好、稳定性高、建造效率高、适用性广等，因此被广泛应用于大型公共建筑、体育馆、会展中心等场所。
本文的研究重点是对这两种结构的特点进行分析，以期为工程建设提供参考意见。
二、网架结构的特点分析1. 组成和形态网架结构是由一系列平面或空间刚杆和节点构成的结构体系，节点的连接方式有焊接、螺栓连接和搭接等多种方式。
网架结构的形态有球面网架、地埋式网架、钢-玻璃网架、双曲面网架等多种形式，可以根据需要灵活选择。
2. 主要特点(1) 刚性好网架结构由多支杆件连接组成，力学特性优异，能够承受较大的外力，抗震性、抗风性能强，具有很好的稳定性和刚度。
(2) 稳定性高网架结构的构成原理使其能够通过节点的固定达到分布均匀，增加整个结构体系的稳定性，不易变形和瘪塌，内部应力分布均匀。
(3) 建造效率高使用网架结构的建筑物可以快速建造，减少施工现场的噪声和粉尘污染，可维持当地生态环境，节约建筑成本。
(4) 适用性广网架结构可采取高效、可持续的材料，适用于各种复杂的跨度、载荷和高度要求的建筑项目，如机场、体育馆、桥梁等。
三、空间管桁架结构的特点分析1. 组成和形态空间管桁架结构是由多根管杆和桁架构件组成的结构体系，主要包括下弦杆、上弦杆、直杆和斜杆等构件。
论述桁架结构及形式,使用范围以及构造特点
论述桁架结构的形式,使用范围以及构造特点[摘要]：世纪旗云工具箱钢结构平面桁架模块可进行多种结构形式桁架的设计计算，自动组合各种荷载，程序最终提供各个杆件内力结果，并根据用户提供的杆件截面可选项选出最合理的杆件截面。
桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。
由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。
桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。
其主要结构特点在于，各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。
由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。
结构布置灵活，应用范围非常广。
桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。
在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。
这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。
桁式组合拱桥是由两个悬臂桁架支承一个桥梁拱组成，它除保持桁式拱结构的用料省、跨越能力大、竖向刚度大等特点外，更具有桁梁的特性和可以采用无支架悬臂安装的方法施工，使桁式组合拱桥具有一定的竞争能力。
我国贵州省建造桁式组合拱桥数量最多，国内较知名的有以下几座：(1)贵州省剑河大桥，桥梁跨径为150m，桥面宽为11m，建于1985年；(2)四川省牛佛大桥，桥梁跨径为160m，桥面宽为11m，建于1990年；(3)贵州省江界河大桥，桥梁跨径为330m，桥面宽为12m，建于1995年。
以下介绍剑河大桥的施工方法，大桥总体布置.（一）桁式组合拱桥构造特点为了减轻自重，保证截面的强度和整体刚度，桁式组合拱桥的上下弦杆和腹杆及实腹段的截面，一般均采用闭合箱形截面，并按照吊装顺序，分次拼装组合而成。
为了增强构件的整体性，在所有箱形杆件内均设有隔板加强，隔板间距为4m至5m。
第三章 桁架结构解析
第三章桁架结构第一节桁架结构的特点由简支梁发展成为桁架的过程――简支梁在均布荷载作用下，沿梁轴线弯曲，剪力的分布及截面正应力的分布（分为受压区和受拉区两个三角形）在中和轴处为零。
截面上下边缘处的正应力最大，随着跨度的增大，梁高增加。
根据正应力的分布特点，要节省材料，减轻自重，先形成工字型梁――继续挖空成空腹形式――最后，中间剩下几根截面很小的连杆时，就发展成为“桁架”。
由此可见，桁架是从梁式结构发展产生出来的。
桁架的实质是利用梁的截面几何特征的几何因素――构件截面的惯性矩I增大的同时，截面面积反而可以减小。
梁结构的梁高加大时，自重随之增加很多，桁架结构无此弊端。
Z在实际工作中，由于其自重轻，用料经济，易于构成各种外形适应不同的用途，桁架成为一种应用极广泛的形式，除经常用于屋盖结构外，（我们常说的屋架），还用于皮带运输机栈桥、塔架和桥梁等。
（如图示各种组合屋架、武汉长江大桥采用的桁架形式等）一．桁架结构计算的假定（基本特点）1．杆件与杆件之间相连接的节点均为铰接节点2．所有杆件的轴线都在同一平面内。
（这一平面称为桁架的中心平面）3．所有外力（包括荷载与支座反力）都作用在桁架的中心平面内，且集中作用在节点上实际桁架与上述假定是有差别的，尤其是节点铰接的假定。
例如：木桁架常常为榫接，它与铰接的假定是接近的。
而钢桁架有些杆件在节点处是连续的，腹杆采用的是节点板焊接或铆接，节点具有一定的刚性；混凝土节点构造往往采用刚性连接。
尽管如此，科学试验和工程实践均表明，上述不符合假定的因素对桁架影响很小，只要采取适当的构造措施，就能保证这些因素产生的应力对结构和杆件不会造成危害。
故桁架在计算中仍按“节点铰接”处理。
假定3 “集中力作用在节点上”是保证桁架各杆件仅承受轴向力的前提。
对于桁架上直接搁置屋面板或屋架下弦承受吊顶荷载时，当上下弦间有荷载作用时，则会使原来杆件的受力形式发生变化（纯压、纯拉变为压弯、拉弯构件），从而使得上、下弦截面尺寸变大，材料用料增加。
空间桁架拓扑优化设计应用研究的开题报告
空间桁架拓扑优化设计应用研究的开题报告一、研究背景空间桁架是一种轻型高强度结构，广泛应用于航天、航空和建筑工程等领域。
传统的空间桁架设计往往是基于经验和直觉，难以充分利用现代计算机技术和优化算法，导致设计效率低下和结构性能不理想。
因此，采用拓扑优化设计方法对空间桁架进行优化设计成为了一个重要的研究方向。
二、研究目的本研究旨在探究基于拓扑优化设计方法的空间桁架优化设计，以提高空间桁架的结构性能和设计效率。
具体目标如下：1. 分析空间桁架的力学特性和设计要求。
2. 研究拓扑优化算法的原理和计算方法。
3. 基于拓扑优化算法开发空间桁架拓扑优化设计软件。
4. 对比分析传统设计和拓扑优化设计的优缺点，验证拓扑优化设计的有效性。
三、研究内容本研究的主要内容包括以下几个方面：1. 空间桁架的力学特性和设计要求：阐述空间桁架结构的构造和力学特性，并分析其设计要求。
2. 拓扑优化算法的原理和计算方法：介绍拓扑优化算法的原理和基本流程，并阐述其在空间桁架设计中的应用。
3. 空间桁架拓扑优化设计软件开发：基于Matlab和ANSYS等软件平台，开发适用于空间桁架拓扑优化设计的软件，并设计和实现相应的算法流程。
4. 优化设计结果分析：对比传统设计和拓扑优化设计的结果，分析其优缺点，并对拓扑优化设计结果进行验证和优化。
四、研究意义空间桁架拓扑优化设计方法可以有效提高空间桁架的结构性能和设计效率，具有重要的应用价值和研究意义。
本研究的结果有以下几个方面的意义：1. 推动空间桁架优化设计的发展，提高空间桁架的设计效率和结构性能。
2. 拓展了拓扑优化算法在结构设计中的应用范围，推动了优化算法在工程领域的发展。
3. 对建筑和工程领域的绿色设计和节能减排具有积极推动作用。
五、研究过程和计划1. 文献阅读和综述撰写（2周）2. 空间桁架力学特性与设计要求的分析与研究（3周）3. 拓扑优化算法的原理和计算方法研究（4周）4. 空间桁架拓扑优化设计软件开发（8周）5. 优化设计结果分析与验证（3周）6. 论文撰写及答辩准备（4周）六、预期成果1. 研究论文：综述空间桁架拓扑优化设计方法的原理和应用，总结结论和成果。
桁架结构特点
桁架结构特点
桁架结构是一种为了支撑建筑物而构建的三维结构。
其主要特点有以下几点：
稳定性
桁架结构在建筑物中具有非常好的稳定性，这是因为其所采用的支撑方式是三维的，
能够在多个方向上承受重力和风力的作用力，从而大大增强了建筑物整体的稳定性。
可靠性
由于桁架结构在施工和搭建时需要经过严格的计算和实验验证，所以其设计和建造过
程非常严格和规范化。
这意味着桁架结构所构建的建筑物非常可靠，结构稳定，安全性高，能够保证建筑物在使用过程中不会出现任何损坏或塌陷等问题。
可适应性
桁架结构可以适应各种不同的建筑形式和尺寸，可以用于建造不同大小的建筑物，以
满足各种不同需求。
由于桁架结构的灵活性相对较高，能够应对不同的设计方案和施工环境。
经济性
桁架结构具有较高的经济性，主要体现在施工和维护成本的控制方面。
由于桁架结构
的结构相对轻量，所需的材料相对较少，从而大大降低了施工成本。
此外，由于桁架结构
所构建的建筑物需要的维护和保养成本也较低，因此可以帮助业主降低开支，减少经济压力。
美观性
桁架结构的设计非常灵活，可以灵活打造出各种不同的形态，并且能够结合建筑的整
体设计风格，增强建筑物的美观性。
由于桁架结构的支撑系统一般是清晰可见的，因此业
主和设计师有更多的空间去进行美学设计和装饰。
综合来看，桁架结构是一种非常优秀的建筑结构体系，它具有较高的稳定性和可靠性，并且灵活适应各种不同的建筑需求。
此外，桁架结构具有较高的经济性和美观性，因此在
现代建筑中被广泛应用。
五面体可展桁架单元展开特性分析
格朗日法对五面体可展桁架单元进行了动力学分析,给出了展开过程的动力学方程.分析结果表明,
该五面体可展桁架单元展开过程中自由度为 １;推导的运动学公式曲线结果与 Adams仿真软件的仿
真结果高度吻合,能很好地描述该结构的展开运动过程;增大扭簧的刚度对展开的运动参数变化趋势
没有明显影响;节点的加速度不仅与扭簧的驱动力有关,还和 节 点 位 置 和 速 度 有 关.在 展 开 后 期,节
点位置和节点速度对节点加速度的影响比较明显.
关键词:五面体可展桁架单元;自由度;运动学;螺旋理论;动力学
中图分类号:
V１９;
TH１２２ 文献标识码:
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中国空间科学技术
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２５ ２０２０ Vo
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４０ No
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SSN １０００
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７５８X CN １１
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１８５９/V
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空间可展桁架结构的设计与热分析
空间可展开特拉斯结构的设计与热分析1、本文概述随着航天探测技术的不断发展，空间可展开特拉斯结构在航天器设计中的应用日益广泛。
这种类型的结构由于其重量轻、强度高和可展开的特性，为航天器提供了有效的支撑和稳定性。
本文旨在对空间可展开特拉斯结构的设计与热分析进行全面探讨，从结构设计原则、材料选择、热环境影响等方面进行深入分析，为相关领域的研究与实践提供有益参考。
在结构设计方面，我们将详细介绍可展开桁架的基本原理和施工方法，包括其动力特性、稳定性和优化设计。
同时，我们还将讨论不同材料在空间可展开特拉斯结构中的应用及其优缺点，为设计者选择材料提供理论支持。
在热分析方面，本文将重点讨论空间环境对可展开特拉斯结构的影响，包括极端温度、辐射和其他因素。
通过分析这些热环境因素，可以评估结构在空间环境中的热性能和稳定性，为结构的优化设计提供依据。
我们还将探讨热防护措施在保护可展开特拉斯结构免受热环境影响方面的作用。
本文旨在对空间可展开特拉斯结构的设计和热分析进行综合分析，为航天器设计领域的研究和实践提供有益的指导和参考。
通过深入了解特拉斯展开结构的原理、材料选择和热环境效应，我们将为未来的太空探索任务提供更高效、稳定和可靠的航天器结构。
2、空间可展开特拉斯结构的基本原理和分类空间可展开特拉斯结构是一种高效灵活的空间结构形式，其基本原理是通过预先设计的折叠和展开过程来实现结构在空间中的可变形性和可重构性。
这种类型的结构通常由一系列由节点连接的直构件或弯曲构件组成，两者都具有一定的刚度和强度来承受和传递外部载荷。
空间可展开特拉斯结构按展开方式可分为几种基本类型。
首先，有一种线性膨胀型，它在膨胀过程中沿着直线或曲线移动，通常用于太空探测器和卫星天线等应用。
第二种是旋转展开型，它涉及一个或多个绕某一轴旋转的组件，常见于太阳能电池板、太空望远镜等。
另一种是复合展开结构，它结合了线性和旋转展开方法，以实现更复杂的空间形式，如大型空间站和航天器。
论述桁架结构的形式,使用范围以及构造特点
论述桁架结构的形式,使用范围以及构造特点
桁架结构是指由许多小杆件组成的三维网格结构，其形式是由水平和垂直元素相交而成的三角形或四边形网格。
桁架结构的使用范围非常广泛，可以用于建筑、桥梁、塔楼、天线等不同的工程和建筑物中。
桁架结构的构造特点有以下几点：
1. 高强度和轻质化：桁架结构通常采用轻质材料，如钢、铝合金等，以保证结构的强度，同时减小自重，降低对基础的负荷，使得结构更加轻巧。
2. 可靠性和变形小：桁架结构由多个杆件组成，使得结构分担载荷并形成稳定的三角形或四边形框架，具有良好的抗弯刚度和刚性。
因此，桁架结构具有较好的抗震、抗风和抗变形的能力。
3. 易于制造和安装：桁架结构通常由标准化的构件组成，可以在工厂预制，使得制造和安装变得更加简单、快速、高效。
4. 灵活性和可塑性：桁架结构的形状和尺寸可以根据实际需求进行调整，使得设计师可以根据建筑物的功能、空间需求等灵活选择结构形式，并且可以进行扩展和改变。
5. 美观性和透明性：由于桁架结构的杆件较为细长且空隙较大，使得结构整体呈现出轻盈、透明的外观，增加了建筑物的美观性。
桁架结构以其高强度、轻质化、可靠性和灵活性等特点，在现代建筑中得到了广泛应用，并且在未来的工程和建筑设计中仍然具有很高的潜力和发展空间。
桁架结构的个人总结
桁架结构的个人总结引言桁架结构是一种具有高度稳定性和强度的结构体系，由大量连接的杆件和节点组成。
它可以应用于桥梁、建筑、航天器等领域，提供了更大的自由度和适应性。
本文将对桁架结构进行综合总结，并探讨其优点、应用以及未来发展趋势。
优点1. 轻量化及高强度：桁架结构采用轻质材料构建，如钢材、铝合金等，能够提供较高的抗压、抗弯和抗震能力，同时减轻了整个结构的负荷。
2. 施工和安装简便：桁架结构由多个杆件和节点组成，构件间的相对位置可以自由调整。
这种特性使得组装和安装过程相对简单，可以极大提高工程进度。
3. 空间利用率高：桁架结构采用杆件和节点搭建，可以实现大跨度的覆盖，并且不需要中间支撑柱。
这种设计使得空间的利用率更高，尤其适用于大跨度的建筑设计。
4. 适应性强：桁架结构具有灵活的设计性和较高的自适应能力，可以适应不同的工况和环境要求。
同时，它也可以与其他结构体系相结合，构建更具复合功能的建筑。
应用领域1. 建筑领域：桁架结构在大跨度建筑、体育馆和展览馆等领域得到广泛应用。
通过合理设计和优化，可以实现更大的室内空间，减少支撑需求，同时提供更具吸引力的建筑外观。
2. 桥梁领域：桁架结构在桥梁建设中发挥重要作用，特别是长跨桥梁。
它具有高度的刚性和稳定性，能够承受大荷载，并抵御风力和地震等自然条件的影响。
3. 航天器领域：桁架结构在航天器的设计和制造中也得到广泛应用。
它可以提供轻量化的结构支撑，降低整体重量，从而减少燃料消耗。
4. 临时搭建领域：桁架结构通常可以快速拆卸和重新搭建，因此在临时搭建领域也有广泛的应用。
例如，在户外活动、展览会和音乐会等场合，可以用桁架结构搭建帐篷、舞台等设施。
未来发展趋势1. 材料技术的进步：随着新材料的涌现，如碳纤维复合材料、3D打印材料等，桁架结构将会迎来更高效的设计和制造方法。
这些新材料具有更好的强度和轻量化特性，可以提高桁架结构的性能。
2. 结构优化算法的发展：结构优化算法的发展将进一步提高桁架结构的设计和性能。
空间桁架式展开机构拓扑特性分析
空间桁架式展开机构拓扑特性分析
李波;崔琦峰
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】2011(030)004
【摘要】空间桁架式展开机构是一个复杂的多连杆变胞机构,工作周期内具有多拓扑结构和多自由度等变化特征.笔者提出了基于变胞原理的机构拓扑特性分析方法.分析了机构展开过程的构态变化,建立了拓扑图及相对应的邻接矩阵,描述工作周期内机构的演变规律,有利于全面地理解变胞机构组成和拓扑关系.进一步推导了桁架机构的静态和动态距离矩阵以及刚度矩阵,分析了结构的空间紧凑性、动态灵敏度和整体刚度,有助于概念设计阶段从系统设计的角度进行机构的性能评价,由于把结构分析问题转化为矩阵的运算,有利于在计算机上进行型分析.
【总页数】4页(P609-612)
【作者】李波;崔琦峰
【作者单位】上海市空间飞行器机构重点实验室,上海,201108;上海市空间飞行器机构重点实验室,上海,201108
【正文语种】中文
【中图分类】TH112
【相关文献】
1.TBM支撑-推进-换步机构的拓扑结构及运动特性分析 [J], 王凯;杨玉虎;黄田;牛文文;贺飞
2.空间杆状构架式展开机构拓扑型综合与分析 [J], 李波;陈晓峰
3.3-RRC并联机构的变拓扑结构及其特性分析 [J], 尹小琴;杨启志;马履中;谢俊;鲍培德
4.基于拓扑降耦的3T1R并联机构设计与运动学特性分析 [J], 沈惠平;顾晓阳;李菊;邓嘉鸣
5.一种可重构并联机构的拓扑特性分析 [J], 徐帅;尤晶晶;沈惠平;叶鹏达
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钢结构空间桁架的建筑特点
钢结构空间桁架的建筑特点随着现代工业技术的不断发展，钢结构的运用在建筑设计领域也愈来愈广泛。
而钢结构空间桁架建筑是一种充满活力且极富魅力的建筑形式。
它不仅具备了传统建筑的美学风格，更展现出了现代建筑技术的进步和创新。
本文将会探讨钢结构空间桁架建筑的特点。
一、巨大的跨度和灵活性钢结构空间桁架建筑架构与传统建筑有着明显的不同，它不需要墙体等结构来支撑建筑物的重量，因此它的跨度可以达到很大的程度。
这种设计理念不仅满足了建筑的美学需求，更使得建筑物在空间上能够得到更好的利用。
另外，钢结构的弯曲性非常好，可以根据需要改变形状和结构，使得它更具有灵活性，适应各种不同的空间设计。
二、轻质化与高强度相较于传统建筑材料，钢结构的密度更小，重量更轻。
钢材本身的强度也比混凝土和木材更高，这不仅使得建筑物整体结构的质量更轻，更展现了钢材的抗拉性能。
钢结构的轻质化和高强度意味着在建筑设计中可以减少对地基的要求，也可以方便地达到建筑的减重效果。
但需要注意的是，轻度的特点带来的后果是钢结构的抗风性和抗震性能太弱，需要设计师针对不同环境要求进行合理设计。
三、革新的美学效果钢结构的外观形态独具特色，打造了许多现代极具魅力的建筑。
钢结构建筑的大量采用使得它成为了现代建筑风格中的一种代表。
其风格简洁、时尚、现代化，能够以相对简单的形式和结构创造出摩登且独特的建筑风格。
重要的是，钢结构便于人们在建筑中进行人性化设计，例如可以进行其它形式的设计，如花园和阳台。
四、安全性和可靠性钢结构作为一种新型建筑材料，其特点使得它在抗震和抗风方面具备优势。
特别是在地震和台风等自然灾害的情况下，它相比传统建筑材料更具有抗外力能力，可以在保持基本完好的状态下有效地避免房屋坍塌等事故的发生。
当然，为了更好的保证建筑物的安全性和可靠性，设计师还需做好结构计算和模拟等环节的工作。
总体来看，钢结构空间桁架建筑具有跨度大、轻质化、高强度、美观、安全等多种方面的特点。
空间杆状构架式展开机构拓扑型综合与分析
空间杆状构架式展开机构拓扑型综合与分析李波;陈晓峰【摘要】对空间杆状构架式展开机构,提出了一种变胞机构型综合与分析的方法.用拓扑理论由平面三自由度机构综合出十杆机构,根据展开机构工作特性,讨论了变自由度机构的结构特点和运动链结构变化规律,对该类机构自由度变化过程进行了型综合,分析了机构的拓扑性能.研究为在同一平台上进行变胞机构的型综合与分析提供了一种分析方法,可用于变胞机构快速设计系统开发和系统设计与分析一体化实现.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2015(032)001【总页数】5页(P25-29)【关键词】运动链;拓扑理论;型综合;型分析;变胞机构【作者】李波;陈晓峰【作者单位】上海宇航系统工程研究所,上海201109;上海宇航系统工程研究所,上海201109【正文语种】中文【中图分类】V414.50 引言空间杆状构架式展开机构作为航天器大型支撑机构，具有重要的支撑定位功能，可实现空间有效载荷的长距离、大面积展开。
空间杆状构架式展开机构主要由可折叠的复杂杆系组成，具有质量小、收藏比大、比刚度高、可靠性高等特点，可较好地解决运载整流罩的包络空间有限对航天器空间构型的制约问题，能满足航天器发射和在轨不同阶段的任务需求，是一种典型的空间变胞机构，在空间技术领域有重要的研究价值和广阔的应用前景［1－4］。
机构综合与机构分析是机构学研究的两个基本内容。
机构综合着重创造性构思、发明、创新设计新机构的理论与方法的研究；机构分析着重机构结构学、运动学及动力学特性的研究，揭示机构结构组成、运动学与动力学规律及其相互联系，用于现有机构性能分析与改进，同时为机构综合提供理论依据［5］。
机构综合又包括型综合和尺寸综合两个方面，其中型综合是指确定最适于问题的机构类型。
目前，机构的型综合与分析是通过计算机辅助设计及其辅助分析软件完成的。
因这两类软件分属不同的工作平台，机构分析时设计人员常采用传统分析方法，即先由计算机辅助设计软件给出机构类型，再采用计算机辅助分析软件输入机构必要的参数，对机构的各项性能进行分析和评估，这样增加了中间环节，降低了工作效率。
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机械科学与技术
第 30 卷
出了一种基于变胞原理的机构拓扑特性分析方法 ， 分析了机构运动过程的构态变化， 利用拓扑图描述 了机构的变胞过程， 并推导了机构的邻接矩阵、 距离 可以 矩阵和刚度矩阵。 通过上述定性的评价方法， 为机构创 进一步理解桁架式展开机构的拓扑特性， 新设计和选型提供理论依据及参考 。笔者所提出的 分析方法对于建立变胞机构的概念设计体系 ， 实现 空间机构的系统设计和快速分析具有重要的作用 。 1 结构与原理
笔者研究的空间桁架式展开机构如图 1 所示， 主要由可折叠式桁架杆系、 动力传动装置等部件组 成。其中天线桁架杆系与安装平台支座以及桁架单 元之间采用铰链连接， 各铰链具有锁定功能。
图1
空间桁架式展开机构展开构型图
关联关系可反映到邻接矩阵的变化 。不同构态的邻 接矩阵 A 可以通过一系列初等矩阵变换来描述和 实现
为消除矩阵， 用来消 … 0 … 0 … 1 i， j … … … … … 0 0 0 0 1 n ×n （ 3）
0 0 1 i， i 0 0
1 j， … j 0 …
图2
展开机构终态结构简图
图3
机构始态拓扑图
0 … 0 0 … 1 1 … 0 0 … 0 +1 Ep = 0 0 … 0 j， 0 … j， n j 0 0 … 0 1 … 0 0 … 0 0 … 对于连续构态变换上式可表示为
Abstract： A spatial truss deployable mechanism is a complex multilinkage mechanism with multitopology structure and multidegree of freedom． A method based on the metamorphic principle is proposed for the analysis of the topological characteristics of space mechanisms． We analyzed its configuration change and built its topological graphs and adjacency matrixes to indicate the metamorphic relationship during the working period，which is helpful to completely understand the composition and relationship of the metamorphic mechanism． Furthermore，the static distance matrixes，dynamic distance matrixes and stiffness matrixes for the mechanism are derived to analyze the space compactness，dynamic sensitivity and stiffness of the designed structure and to help the designer in evaluating its performance at the conceptual design stage． Since the method is transformed into matrix operation， it can be processed by a computer． Key words： spatial truss mechanism； metamorphic mechanism； configuration change； topology analysis 空间展开机构作为空间有效载荷的平台， 具有 ， 10 m 重要的支撑定位功能 可实现大于 的长距离展 开。在地面发射时机构为收拢状态， 固定在运载工 具的有效载荷舱内； 当发射并进入预定轨道后， 根据 地面控制中心指令按设计要求逐步完成展开动作 ， 最终锁定并保持为工作状态。空间展开机构主要由 可折叠的复杂杆系组成， 具有支撑刚性好、 定位精度 高、 展开距离长和技术成熟等特点。目前， 已广泛地
2011 年 第 30 卷
4月 第4 期
机械科学与技术 Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering
April Vol． 30来自2011 No． 4空间桁架式展开机构拓扑特性分析
李
李 波
波， 崔琦峰
（ 上海市空间飞行器机构重点实验室， 上海 201108 ）
。对于任一构态 p 到 p + 1 的变换可表示为 +1 p +1 p +1 p +1 T A p +1 = （ E p （ 2） j， n U （ i， j） ， n ） A p （ E j， n U （ i， j） ， n）
p +1 （ i， j） ， n
式中： U
为转移矩阵， 用于将被合并构件 j 的邻 E
收稿日期： 2010 作者简介： 李 01 22
用于支撑和 应用在各类星载雷达卫星和空间站上， 、 展开大型合成孔径雷达天线 太阳电池阵、 太阳帆和 太空望远镜等空 间 载 荷， 如 加 拿 大 RADARSAT 卫 星、 国内的遥感系列卫星等。 空间桁架式展开机构与传统空间机构的最大差 异是空间机构运动过程中具有连续多个构态 ， 即机 构运动过程中会出现杆件数目和自由度的变化 ， 从 而引起机构拓扑结构的变化， 是一种典型的空间变 胞机构
0 0 0 （ 4） 0 1 n ×n
第4 期
1 1
李
波等： 空间桁架式展开机构拓扑特性分析
611
Ap =
q q q （ Eq ∏ j， n U （ i， j） ， n ） A 0 ( ∏ （ E j， n U （ i， j） ， n） q=p q=p
)
T
（ 5）
在展开的最初阶段， 桁架折叠收拢在平台单侧， ， 各铰链均处于活动状态 桁架属于多自由度杆系机 构， 对应为机构的始态。 图 3 所示为机构的等效拓 此为 10 杆闭环机构。 扑图， 机构始态（ 对应天线收拢状态） 的邻接矩阵为 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 A0 = （ 1） 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 n 是描述机 邻接矩阵是一个 n × n 阶对称矩阵， 构的构件数。将拓扑图中每个杆件的序号映射到矩 阵的一行或者一列。邻接矩阵反映了构件间的位置 关系和拓扑特征， 它的具体形态不仅与机构的组成 有关， 而且也取决于拓扑图中构件的编排方式。 构 件序号的不同编排方式将产生不同的邻接矩阵 。 构态变化是变胞机构的一个重要特征 。不同构 构态变化及杆间的 态可以通过变胞方式进行变化，
要： 空间桁架式展开机构是一个复杂的多连杆变胞机构 ， 工作周期内具有多拓扑结构和多自由 度等变化特征。笔者提出了基于变胞原理的机构拓扑特性分析方法 。分析了机构展开过程的构态 摘 变化， 建立了拓扑图及相对应的邻接矩阵 ， 描述工作周期内机构的演变规律， 有利于全面地理解变 分析了结 胞机构组成和拓扑关系。进一步推导了桁架机构的静态和动态距离矩阵以及刚度矩阵 ， 构的空间紧凑性、 动态灵敏度和整体刚度， 有助于概念设计阶段从系统设计的角度进行机构的性能 由于把结构分析问题转化为矩阵的运算 ， 有利于在计算机上进行型分析。 评价， 词： 空间桁架式机构； 变胞机构； 构态变化； 拓扑分析 8728 （ 2011 ） 04060904 中图分类号： TH112 文献标识码： A 文章编号： 1003关 键
［1 ～ 4 ］
。目前， 国内外关于机构拓扑特性的研
基金项目： 上海市科学技术委员会项目（ 06dz22105 ） 资助 波（ 1979 － ） ， 工程师， 硕士， 研究方向为航天器天线 libo － 2005yjs@ 163． com 结构与机构，
究主要集中在自由度计算和机构的组成构型等方 面， 而对空间机构的性能分析则很少涉及 。 笔者针对空间桁架式展开机构的工作特性， 提
n 是描 静态距离矩阵是一个 n × n 阶对称矩阵， 。 d 述机构的构件数 矩阵中的元素 ij 代表了机构中 第 i 个构件和第 j 个构件间最少的运动副数， 且当 i ［8 ］ = j 时， d ij = 0 。矩阵 D c 中所有元素之和称为距离 值。因此桁架的距离值为 188 。 3. 2 动态距离矩阵 D s 动态灵敏度是反映机构动态性能的一个指标， 机构的灵敏度越低， 动态性能就越好。 机构的动态 灵敏度通过定义杆件与运动副 （ 约束 ） 之间的距离 来描述， 用动态距离矩阵 D s 来表示。 图 5 为机构始态拓扑特性分析图。由图 5 得到 机构的动态距离矩阵 D s 为 0 1 2 3 2 Ds = 1 0 2 2 3 1 2 3 2 1 0 1 2 3 2 1 2 3 2 1 0 0 0 1 2 1 0 3 2 2 2 1 1 0 0 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 0 0 2 2 1 0 0 1 2 3 2 1 0 1 2 （ 8） 0 0 1 2 3 2 3 2 1 2 3 0 1 2 3 2 1 2 3 2 3 2 3 2 1 0 0 1 1 2 2 1 1 3 2 1 1 1 1 1 2 2 0 0 2 1 0 0 1 2 2 2 1 0 1
p +1 j， n