闵 敏 陈高峰 叶光军

桁架结构广泛应用于桥梁、建筑，车辆和航天工程等行业。由于这类结构具有挠度大、固有频率低、阻尼小、质量轻、工作环境特殊等特点，因此必须满足特定的稳定性和振动性能要求。传统的防止结构失稳的方法主要依靠增大杆件截面面积、控制杆件长细比来实现，结果是结构经设计、制造安装完成之后，其性能和用途均很难改变。随着材料、控制、信息、微电子和计算机科学与技术的迅速发展，智能材料结构研究取得了突破性进展，为大跨空间结构的智能控制提供了依据。在此基础上，本文将压电材料引入普通桁架结构，利用压电材料特殊的物理力学性能，对桁架结构进行主动控制，以便从根本上解决这类结构的稳定性问题。

1 压电桁架结构的力学性能分析

1.1 压电桁架结构的力学模型

本文所研究的压电桁架结构，是在关键部位配置了压电主动杆件的桁架结构，见图1。其中压电堆是由n个几何、物理参数相同的压电薄片堆叠而成，如图2，图3所示。该压电主动杆件具有自感知、自恢复、自增强、自调节和智能驱动等智能特性。可以通过一定的控制律对桁架结构进行稳定监测与识别，同时通过一定的作动方程来施加驱动力，从而实现结构的智能稳定控制。

图1 压电主动杆件构造图

图2 压电堆单元

图3 压电薄片

1.2 压电材料的工作原理

压电材料具有正、逆压电效应，利用正压电效应，可制成传感器。利用逆压电效应，可制成驱动元件，使结构变形或应力状态改变，从而产生干扰力，提高结构的屈曲临界荷载，实现稳定控制。……