Активная структура

Активная структура (также известная как интеллектуальная или адаптивная структура ) — это механическая структура, способная изменять свою конфигурацию, форму или свойства в ответ на изменения в окружающей среде.

Термин «активная конструкция» также относится к конструкциям , которые, в отличие от традиционных инженерных сооружений (например, мостов, зданий), требуют постоянного движения и, следовательно, затрат энергии, чтобы оставаться стабильными. Преимущество активных структур в том, что они могут быть гораздо более массивными, чем традиционная статичная конструкция : примером может служить космический фонтан , здание, устремленное в космос.

Функция

Результатом деятельности является конструкция, более подходящая для типа и величины несущей нагрузки. Например, изменение ориентации балки может снизить максимальный уровень напряжения или деформации, а изменение формы может сделать конструкцию менее восприимчивой к динамическим вибрациям. Хорошим примером адаптивной структуры является человеческое тело, скелет которого выдерживает широкий диапазон нагрузок, а мышцы меняют для этого свою конфигурацию. Подумайте о том, чтобы взять с собой рюкзак. Если бы верхняя часть тела не отрегулировала слегка центр масс всей системы, наклонившись вперед, человек упал бы на спину.

Активная конструкция состоит из трех составных компонентов, помимо несущей части. Это датчики , процессор и исполнительные механизмы . В случае человеческого тела сенсорные нервы — это датчики, которые собирают информацию об окружающей среде. Мозг действует как процессор, оценивая информацию и принимая решение действовать соответствующим образом, и, следовательно, дает команду мышцам, которые действуют как исполнительные механизмы, реагировать. В тяжелом машиностроении уже появилась тенденция включать активацию в мосты и купола для минимизации вибраций при ветровых и сейсмических нагрузках.

Авиационная и аэрокосмическая техника стали основной движущей силой разработки современных активных структур. Воздушные суда (и космические корабли ) требуют адаптации, поскольку в течение своего срока службы они подвергаются воздействию множества различных сред и, следовательно, нагрузок. До спуска на воду они подвергаются действию силы тяжести или статической нагрузки, во время при взлете они подвергаются экстремальным динамическим и инерционным нагрузкам, а в полете они должны иметь конфигурацию, которая минимизирует сопротивление, но способствует увеличению подъемной силы. Много усилий было приложено к созданию адаптивных крыльев самолетов , способных контролировать разделение пограничных слоев и турбулентность. Многие космические конструкции используют адаптивность, чтобы выжить в экстремальных условиях окружающей среды в космосе или для достижения высокой точности. Например, космические антенны и зеркала можно активировать для точной ориентации. По мере развития космических технологий от некоторого чувствительного оборудования (а именно, интерферометрических оптических и инфракрасных астрономических инструментов) требуется точность определения положения, столь же деликатная, как несколько нанометров , тогда как размеры несущей активной структуры составляют десятки метров.

Дизайн

Существующие на рынке искусственные приводы, даже самые сложные, почти все одномерны. Это означает, что они способны расширяться и сжиматься только вдоль одной оси или вращаться вокруг нее. Приводы, способные двигаться как в прямом, так и в обратном направлении, известны как двусторонние приводы, в отличие от односторонних приводов, которые могут двигаться только в одном направлении. Ограничивающие возможности приводов ограничили активные конструкции двумя основными типами: активными ферменными конструкциями на основе линейных приводов и манипуляторами на основе поворотных приводов. приводы.

Хорошая активная структура предъявляет ряд требований. Во-первых, он должен легко приводиться в действие. Срабатывание должно быть энергосберегающим. Поэтому структура, которая является очень жесткой и сильно сопротивляется трансформации, нежелательна. Во-вторых, полученная конструкция должна обладать структурной целостностью, чтобы выдерживать расчетные нагрузки. Поэтому процесс срабатывания не должен ставить под угрозу прочность конструкции. Точнее, мы можем сказать: мы ищем активную структуру, в которой приведение в действие некоторых элементов приведет к изменению геометрии без существенного изменения ее напряженного состояния. конструкция, обладающая как статической , так и кинематической определенностью Другими словами, оптимальна для срабатывания .

Приложения

Технология активного управления применяется в гражданском строительстве, машиностроении и аэрокосмической технике. Хотя большинство строительных конструкций являются статичными, в некоторых гражданских конструкциях используется активное управление для защиты от сейсмической нагрузки, ветровой нагрузки и вибрации окружающей среды. ^[1] Кроме того, активное управление предлагается использовать в целях обеспечения устойчивости к повреждениям, когда вмешательство человека ограничено. ^[2] Коркмаз и др. продемонстрирована настройка активной системы управления устойчивостью к повреждениям и развертыванием моста. ^[3]

См. также

Ссылки

^ С. Коркмаз (2011). Обзор активного структурного контроля: проблемы инженерной информатики. Компьютеры и конструкции . два : 10.1016/j.compstruc.2011.07.010
^ С. Коркмаз и др. (2011). Определение стратегий контроля устойчивости к повреждению активной структуры тенсегрити. Инженерные сооружения , 33:6, с. 1930-1939. doi : 10.1016/j.engstruct.2011.02.031
^ С. Коркмаз и др. (2011). Конфигурация системы контроля устойчивости к повреждениям тенсегрити-моста. Высшая инженерная информатика . дои : 10.1016/j.aei.2011.10.002

Внешние ссылки

[korkmaz-1] С. Коркмаз (2011). Обзор активного структурного контроля: проблемы инженерной информатики. Компьютеры и конструкции . два : 10.1016/j.compstruc.2011.07.010

[korkmaz2-2] С. Коркмаз и др. (2011). Определение стратегий контроля устойчивости к повреждению активной структуры тенсегрити. Инженерные сооружения , 33:6, с. 1930-1939. doi : 10.1016/j.engstruct.2011.02.031

[korkmaz3-3] С. Коркмаз и др. (2011). Конфигурация системы контроля устойчивости к повреждениям тенсегрити-моста. Высшая инженерная информатика . дои : 10.1016/j.aei.2011.10.002

[1]

[2]

[3]