土木和结构工程中可转换结构的线性参数变化模型
摘要：本文研究了线性参数变化（LPV）框架基于弹性动力学运动机制对超轻型可转换结构的动力学行为进行建模的可行性，重点是土木和结构工程应用。 以Fin Ray结构为例进行模型构建。 第一步，从结构的有限元模型中为不同的变换状态导出局部线性时不变（LTI）模型。 在收集本地LTI模型的基础上，建立了基于网格的LPV模型。 通过与有限元模型中的数据进行比较，可以在仿真中验证导出的LPV模型。
关键字：LPV系统，可转换结构，有限元模型，结构工程，模态降低，弹性运动机制
1.介绍
土木和结构工程中的可转换结构在其环境中引起了特别关注。它们主要用于屋顶和桥梁。常见的设计方法是利用刚性元件在轨道上滑动，围绕固定轴折叠或旋转，例如举升桥和吊篮桥以及可伸缩圆顶结构。这些方法依赖于支撑结构，铰链和轮子的使用。一种轻巧且非常有效的方法，该方法广泛用于多功能运动场的车顶，遵循辐条轮原理，带有预应力的拉伸和压缩构件以及可伸缩的膜片部件。有关上述可转换结构和设计方法的详细信息，请参阅Otto (1972), Guml;oppert等. (2013) 和 Masubuchi (2013).
在本文中，我们考虑了一种用于超轻质可转换结构的全新设计方法，即一种弹性动力学运动机制。因此，最初是将直的或平面的元件进行弹性弯曲以产生变形（请参见Howell等。
（2013）对该机制进行了全面概述）。该原理无需任何其他机制即可提供高度的可转换性，因此显然是一种更为优雅的设计方法。 Lienhard（2014）给出了有关土木和结构工程的最新进展的详细摘要。高强度刚度比的材料（例如纤维增强塑料（FRP））的发展使这些超轻型可转换结构的设计和构造成为可能。但是，当基于弹性动力学运动机制处理可转换结构时，会出现两个主要问题。
首先，弹性变形过程中的静态稳定性问题限制了它们的跨度，因此限制了其在中小型结构中的应用。在这种情况下，稳定性称为抗屈曲性。为了克服这一限制，与其他轻量化设计原理相结合以稳定结构并为大规模应用实现足够的承载性能是当前研究的主题（有关第一个实现的结构，请参见Knippers等人（2012年）和Takahashi等（2016）的大规模概念）。然而，这个问题不是本文的重点，而是在大规模设计此类结构时必须考虑的重要问题。
第二个问题是，由于它们的超轻质设计，这些结构对风引起的动力非常敏感。为了确保结构在整个转换空间中的可靠运行，必须衰减振动。对于轻质结构，这可以使用主动振动控制（AVC）非常有效地完成，这已被许多研究人员针对不同类型的结构进行了展示（有关Housner等人（1997年）和Saeed等人（2013年）的广泛概述，结构控制）。
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