مدلسازی دینامیک غیرخطی و تحلیل ارتعاشات تنسگریتی منشوری با مقطع مربعی با لحاظ سفتی گرانشی: مطالعه مقایسه‌ای

سیستم‌های تنسگریتی، ساختارهای شبکه‌ای فضایی سبک متشکل از المان‌های فشاری و کششی بوده که قابلیت استفاده در سازه‌های تنظیم‌پذیر را دارا می‌باشند. پایداری اولیه این سازه‌ها، با ایجاد شرایط پیش-‌تنش میان المان‌ها ایجاد می‎شود. این سیستم‎ها دارای میرایی ساختاری پایینی بوده که در حضور بارهای دینامیکی دچار چالش‎ می‌شوند. بنابراین، پیش‎بینی رفتار و استخراج مشخصه‎های دینامیکی این سازه‏ها برای دستیابی به یک طراحی ایمن ضروری است. در این مقاله، به تحلیل ارتعاشات سازه تنسگریتی یک تا چهار طبقه با مقطع مربعی پرداخته شده است. معادلات دینامیک غیرخطی سیستم بر مبنای مختصات گره‌ها، با استفاده از رویکرد لاگرانژ و روش المان محدود استخراج شده ‎است. فرم‌یابی اولیه سازه تنسگریتی با روش چگالی نیرو برای سازه‌های یک تا چهار طبقه با مقطع و ارتفاع ثابت صورت پذیرفته است. طراحی مقطع المان‌ها بر مبنای حداقل جرم صورت پذیرفته و مدلسازی دینامیکی قابلیت رصد تغییر شکل‌های الاستیک/پلاستیک با انواع شرایط مرزی و بارگذاری‌های استاتیکی- دینامیکی در راستاهای مختلف هر گره با لحاظ سفتی گرانشی را دارا می‌باشد. شبیه‌‌سازی‌‎های دینامیکی در قالب بررسی فرکانس‌های طبیعی، شکل‌ مودها، پاسخ‌های زمانی جابجایی گره‌ها، تغییر شکل‌ المان‌های سیستم و نیروهای داخلی در قالب یک مطالعه مقایسه‌ای، عملکرد ساختار تنسگریتی و اثر افزایش طبقات را نمایش می‌دهد.

nonlinear dynamic modeling and vibration analysis of a quadrilateral cross-section tensegrity prism considering gravitational stiffness: a comparative study

tensegrity systems are lightweight spatial grid structures that are composed of compression and tension elements that can be used in adjustable structures. the primary stability of these structures is achieved by creating pretension conditions between the elements. these systems have low structural damping, which makes them vulnerable to dynamic loads. as a result, it is essential to predict the behavior and extract the dynamic characteristics of these structures to achieve a safe design. this article presents the vibration analysis of a one to four stage tensegrity structure with a square cross-sectional area. a lagrangian approach and the finite element method were used to extract the nonlinear dynamic equations of the system based on the coordinates of the nodes. for one to fourstagetensegrity systems with fixed cross-sections and heights, the force density method is used as an initial form finding method.each element's cross-section is designed to have a minimum mass, and dynamic modeling allows for observing elastic/plasticdeformations under various boundary conditions, as well as static and dynamic loading on each node, taking gravity stiffness intoaccount. dynamic simulations in the form of comparative studies have been conducted to investigate natural frequencies, modeshapes, time responses of nodal displacements, elements deformations, and internal forces for one to four-stage tensegrity structures.