高圍壓動(dòng)三軸試驗(yàn)儀測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、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(dòng)載荷作用時(shí)，土體的性質(zhì)會(huì)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(jì)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬真實(shí)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(yàn)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(dòng)三軸試驗(yàn)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

2、托，開發(fā)面向300米水電站大壩的高圍壓動(dòng)三軸試驗(yàn)儀，該高圍壓動(dòng)三軸試驗(yàn)儀可以實(shí)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(dòng)態(tài)加載完成地震載荷的模擬。本文研究?jī)?nèi)容主要包括：設(shè)計(jì)合理可行且具有較高精度的測(cè)試系統(tǒng)；研究慣性力在高頻小載荷動(dòng)態(tài)加載時(shí)的影響；在液化試驗(yàn)中解決動(dòng)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(duì)高圍壓三軸試驗(yàn)儀系統(tǒng)，閱讀了國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，對(duì)其背景和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行詳細(xì)地了解

3、，分析了動(dòng)三軸試驗(yàn)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(yàn)的需要，加載方式采用了液壓伺服加載系統(tǒng)，圍壓測(cè)控系統(tǒng)方案采用了西門子PLC，軸向測(cè)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成了整體試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和組裝調(diào)試工作。
　　接著，在抗震分析試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載時(shí)較大的加速度會(huì)產(chǎn)生較大的慣性力，慣性力會(huì)影響力加載的控制精度，從而引起試驗(yàn)精度的下降。為研究慣性力在高頻小載荷

4、情況下對(duì)軸向加載的影響，建立了動(dòng)三軸試驗(yàn)儀整體的數(shù)學(xué)模型，分析慣性力對(duì)試驗(yàn)精度的影響情況。在MATLAB/Simulink中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)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(duì)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(yàn)中發(fā)現(xiàn)常規(guī)PID動(dòng)態(tài)幅衰減的問題，針對(duì)這一問題提出了模糊控制的方案。模糊控制對(duì)具有非線性、參數(shù)時(shí)變性等特點(diǎn)的加載對(duì)象具