【摘要】：在土建工程領(lǐng)域,土體的穩(wěn)定和變形問題占據(jù)著舉足輕重的地位,尤其是受到外力作用如地震、海浪和其它振動載荷作用時,土體的性質(zhì)會發(fā)生變化,這極大地增加了建筑物的安全隱患。在施工之前通常需要完成抗震設(shè)計,在實驗室內(nèi)模擬真實的受力條件就顯得非常重要。常規(guī)情況下是借助三軸試驗儀進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變等方面的分析,從而獲得施工方面的各類抗震參數(shù)。目前動三軸試驗儀絕大多數(shù)采用低圍壓加載,通常加載壓力小于1MPa。本課題受大連理工大學(xué)抗震工程研究所委托,開發(fā)面向300米水電站大壩的高圍壓動三軸試驗儀,該高圍壓動三軸試驗儀可以實現(xiàn)3MPa的高圍壓加載,用于研究300米水下的水壩基體受力載荷情況,利用動態(tài)加載完成地震載荷的模擬。本文研究內(nèi)容主要包括:設(shè)計合理可行且具有較高精度的測試系統(tǒng);研究慣性力在高頻小載荷動態(tài)加載時的影響;在液化試驗中解決動態(tài)加載控制過程中幅值衰減的問題。具體研究工作如下:首先,針對高圍壓三軸試驗儀系統(tǒng),閱讀了國內(nèi)外文獻(xiàn),對其背景和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行詳細(xì)地了解,分析了動三軸試驗儀的組成及工作原理,進(jìn)一步研究了系統(tǒng)存在的問題。根據(jù)試驗的需要,加載方式采用了液壓伺服加載系統(tǒng),圍壓測控系統(tǒng)方案采用了西門子PLC,軸向測控系統(tǒng)采用了NI的數(shù)據(jù)采集卡。分別從機(jī)械模塊、液壓模塊和電控模塊對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計,完成了整體試驗裝置的設(shè)計和組裝調(diào)試工作。接著,在抗震分析試驗過程中發(fā)現(xiàn)動態(tài)加載時較大的加速度會產(chǎn)生較大的慣性力,慣性力會影響力加載的控制精度,從而引起試驗精度的下降。為研究慣性力在高頻小載荷情況下對軸向加載的影響,建立了動三軸試驗儀整體的數(shù)學(xué)模型,分析慣性力對試驗精度的影響情況。在MATLAB/Simulink中對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析,研究了高頻小載荷情況下,系統(tǒng)精度受慣性力影響的程度。為降低慣性力影響,提出迭代學(xué)習(xí)控制,并對提出的控制理論進(jìn)行了仿真分析,最大誤差從17N減小到5N。最后,在液化試驗中發(fā)現(xiàn)常規(guī)PID動態(tài)幅衰減的問題,針對這一問題提出了模糊控制的方案。模糊控制對具有非線性、參數(shù)時變性等特點的加載對象具有更好的自適應(yīng)能力,且動態(tài)性能更好。根據(jù)試驗完成模糊規(guī)則的設(shè)計,并進(jìn)行了仿真分析和實驗驗證,模糊PID同常規(guī)PID相比,有效地解決了液化試驗中幅值衰減的問題。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH702;TP273

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本文編號：2771333