黄土离心机振动台试验方案

第４１卷第１期２０２０年２月水㊀道㊀港㊀口ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒｗａｙａｎｄＨａｒｂｏｒＶｏｌ.４１㊀Ｎｏ.１Ｆｅｂ.２０２０收稿日期:２０１９－０５－１７ꎻ修回日期:２０１９－０７－１８基金项目:国家重点研发计划(２０１６ＹＦＣ１４０２８００)ꎻ中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金(ＴＫＳ１９０２０３ꎻＴＫＳ１８０２１１)作者简介:李建东(１９８５－)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要从事土工离心机设备与试验研究ꎮＢｉｏｇｒａｐｈｙ:ＬＩＪｉａｎ￣ｄｏｎｇ(１９８５－)ꎬｍａｌｅꎬｅｎｇｉｎｅｅｒ.㊀∗通讯作者:张宇亭(１９８５－)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ主要从事岩土工程研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｔｋｓｚｙｔ＠１６３.ｃｏｍ土工离心机水平垂直双向振动台李建东ꎬ张宇亭∗ꎬ裴文斌(交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室ꎬ天津３００４５６)摘㊀要:大型土工离心机水平垂直双向振动台可在水平和垂直两个方向上激发振动ꎬ模拟地震波作用对岩土工程和结构物的影响ꎬ其原理复杂且实现难度大ꎬ世界范围内数量较少ꎮ文章依托交通运输部天津水运工程科学研究所已建成的大型土工离心机水平垂直双向振动台ꎬ分析了大型双向振动台的研制难点ꎬ并对其相应的机械设计方案和控制策略进行了介绍ꎮ本振动台的建造经验表明:采用层压橡胶轴承替代普通轴承可承受巨大的振动负载ꎬ将层压橡胶轴承布置在合适的位置可以保证台面只在水平和垂直两个方向运动ꎻ使用气缸补偿振动台和模型的静态载荷ꎬ垂直作动器只负责振动加载ꎻ振动台底部设置隔振层可大大减弱主轴受到的冲击ꎻ合理的油路布置方案和伺服阀的选型保证激振效果ꎻ使用剪切模型箱可减小模型的边界效应ꎬ使用期望响应谱ＲＲＳ和测试响应谱ＴＲＳ相比较的判定准则进行波形迭代ꎬ可保证波形的准确性ꎮ合理的机械设计方法和控制策略保证了振动台的使用效果ꎮ关键词:土工离心机ꎻ双向振动台ꎻ机械设计ꎻ控制策略中图分类号:Ｕ６５６㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００５－８４４３(２０２０)０１－０１０７－０６在岩土工程中ꎬ通常需要按比例建造小模型对原型进行研究ꎬ但缩小后的模型因自身重力作用减弱使得其内部的应力状态与原型相差很大ꎮ土工离心机可提供一个高离心加速度场ꎬ按比例建造一个小的模型ꎬ用离心力代替重力作用来弥补小模型的自重损失ꎬ放置在高倍重力加速度场中的土工模型具有比尺缩小㊁变形相似㊁应力应变和破坏机理相同的特点[１]ꎬ是岩土工程研究中重要的技术手段ꎮ考虑到土工离心机的工作特点ꎬ土工离心机结合振动台对岩土工程中地震的模拟成为了重要的研究方法[２]ꎮ土工离心机振动试验已在岩土工程地震问题的研究中得到越来越广泛的应用ꎬ尤其在地震破坏机理㊁抗震设计和验证数值计算方面展现了巨大的优越性[３]ꎮ世界范围内建造了许多大型振动离心机ꎬ原有的大型土工离心机也增设了振动台ꎮ现有土工离心机振动台一般分为水平单向台㊁水平双向台ꎬ水平垂直双向振动台ꎮ其中水平单向台一般为大容量振动台ꎬ其结构简单ꎬ负载重量大ꎮ美国加州大学戴维斯分校(ＵＣＤａｖｉｓ)[４]和日本建设省土木研究所(ＰＷＲＩ)[５]的单向台振动容量均为４０ｇ ｔꎬ应用于岩土地震工程并取得了重要成果ꎮ水平双向振动台可在水平两个方向上激发振动ꎬ可实现不同方向振动的叠加ꎮ美国伦斯勒技术学院[６]和香港科技大学[７]配备了可以在２个水平方向激振的振动台系统ꎮ水平垂直双向振动台需在顺臂向抵抗掉模型和振动台本体的Ｎ倍自重ꎬ实现难度大ꎬ世界范围内数量较少ꎬ目前只有日本东京工业大学于１９９９年研制的土工离心机振动台系统[８]㊁中国水利水电科学研究院的振动台系统[９]和交通运输部天津水运工程科学研究所的振动台系统具备水平垂直双向激振能力ꎮ交通运输部天津水运工程科学研究所的ＴＫ￣Ｃ５００大型土工离心机有效容量达到５００ｇ ｔꎬ最大加速度水㊀道㊀港㊀口第４１卷第１期为２５０ｇꎬ最大转动半径５ｍꎬ吊篮设计空间为１.４ｍ(长)ˑ１.５ｍ(宽)ˑ１.５ｍ(高)ꎬ有效荷重１００ｇ下最大５ｔꎬ２５０ｇ下最大有效荷重２ｔꎬ满足一般大型水工建筑物模型试验的要求ꎬ模型比尺大㊁试验接近原型的尺寸ꎬ试验精度高ꎮ配备的土工离心机振动台指标见表１ꎮ表１㊀水平垂直双向振动台指标Ｔａｂ.１Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣ｖｅｒｔｉｃａｌｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒｓ振动方向水平/垂直双向离心加速度１００ｇ模拟波形地震波㊁正弦波有效负载８００ｋｇ最大振动加速度水平４０ｇ/垂直２０ｇ最大速度０.５０ｍ/ｓ最大位移ʃ５ｍｍ频率范围２０~３５０Ｈｚ最大振动时间３ｓ１㊀振动台机械设计１.１㊀振动台结构布局现有的大型土工离心机吊篮尺寸较大ꎬ可容纳比较大尺寸的模型ꎬ水平单向振动台和水平双向振动台可直接放置在土工离心机的吊篮内使用ꎮ水平垂直双向振动台结构复杂ꎬ又要保证一定的模型尺寸ꎬ造成振动台本体尺寸和自重过大ꎬ土工离心机的静态吊篮难以满足其安装和使用要求ꎬ需配备独立的吊篮ꎬ振动台如图１所示ꎮ振动试验时ꎬ吊篮作为振动台的反力基座ꎬ还负责蓄能器㊁作动器㊁振动台面㊁液压管路等部件的固定ꎬ通常将振动台与吊篮做成一个整体ꎬ在使用过程中进行吊篮的整体更换ꎮ因此ꎬ振动台与离心机在设计时需具备相应的接口ꎬ满足机械装置㊁电气系统和液压管路的连接ꎮ图１㊀振动台Ｆｉｇ.１Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣Ｖｅｒｔｉｃａｌｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒ本双向振动台的摆动吊篮通过吊耳和大直径的销轴与离心机转臂连接ꎬ销轴与吊耳之间组成滑动轴承ꎬ使用润滑脂进行润滑ꎬ满足高离心场环境下高负载的要求ꎮ摆动吊篮和隔振层用４根直径为１００ｍｍ的高强螺栓与转臂上的吊耳连接ꎬ同时可保证振动台系统拆装的便利性ꎮ为了确保设备安全ꎬ振动台在１００ｇ离心加速度运行时ꎬ设备安全系数不小于２.５ꎮ１.２㊀导向设置水平垂直双向振动台要在离心机产生的高离心场中工作ꎬ台面自重和模型重量产生的负载巨大ꎬ加之振动产生动荷载ꎬ导向装置需承受很强的动荷载ꎬ需具备很长的工作寿命ꎬ普通导轨或轴承很难适应如此恶劣的工作环境ꎮ如图２所示ꎬ本振动台使用层压橡胶轴承进行支撑和导向ꎬ层压橡胶轴承作为振动台的重要导向装置ꎬ可在２５０Ｈｚ激振范围内具有足够高的刚度ꎮ㊀㊀㊀图２㊀层压橡胶轴承㊀㊀㊀Ｆｉｇ.２Ｌａｍｉｎａｔｅｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓ抗压刚度:Ｋｖ＝(ＡｂˑＥｃ)/(ｔˑＮ)抗剪刚度:Ｋｓ＝(ＡｂˑＧ)/(ｔˑＮ)式中:Ｅｃ是压缩模量ꎻＧ是剪切模量ꎻＡｂ是受力面积ꎻｔ是每层橡胶的厚度ꎬｍꎻＮ是层数ꎮ根据层压橡胶轴承的性质ꎬ其压缩模量Ｅｃ远远大于剪切模量Ｇꎬ选择合适的层压橡胶轴承ꎬ可保证其抗压刚度可达到抗剪刚度１０００倍以上ꎬ在承受很高压缩荷载的同时系统的剪切力较小ꎬ振动台在剪切方向的共振频率在３００Ｈｚ以上ꎬ从而保证振动波形的准确性ꎮ水平垂直双向振动台的振动频率高ꎬ要避免振动过程中不同方向的相互作用造成精度下降ꎬ为保证导向精度ꎬ层压橡胶轴承需选择合理的布置方案ꎮ离心机振动台的水平和垂直台面安置在摆动吊篮内ꎬ通过摆动吊篮内壁上的层压橡胶轴承进行支撑和导向ꎬ把振动自由度限制在水平和垂直２个方向ꎮ垂直振动台为铝板焊接成的一个整体ꎬ通过摆动吊篮内壁上的层压橡胶轴承进行导向ꎬ将其自由度限制在垂直方向ꎮ水平台是一个单独的铝板ꎬ位于垂直台面的顶部ꎬ通过层压橡胶轴承支撑ꎬ与纵向台一起在垂向运动水平方向的运动通过摆动吊篮内壁上的层压橡胶轴承进行导向ꎬ模型用螺栓紧固在水平台面上ꎮ水平作动器通过８０１２０２０年２月李建东ꎬ等㊀土工离心机水平垂直双向振动台一个预压层压橡胶轴承与水平台面连接ꎬ在水平和垂直两个方向上实现运动解耦ꎬ保证测试模型在两个方向上的激振波形准确ꎮ１.３㊀垂向激振处理振动台的垂向激振力与土工离心机产生的离心力均为顺臂向且方向相反ꎬ垂向作动器不仅要按输入波形推动振动台本体和模型运动ꎬ还需要抵消掉因离心作用产生的振动台本体和模型重量的Ｎ倍重力ꎬ对垂向作动器的出力提出了很高的要求ꎬ就需选用很大直径的作动器ꎮ在地震模拟过程中ꎬ作动器的频响要求极高ꎬ而大直径作动器的响应较差ꎬ在作动器的出力与响应之间存在矛盾ꎬ想要获得好的地震波复现精度ꎬ必须妥善解决此问题ꎮ本振动台将若干个倍力气缸组合使用ꎬ用于抵抗１００ｇ静态加速度ꎬ并可用于调整垂向运动的往复中心点ꎮ气缸以及整个气动举升系统通过气阀控制ꎬ控制箱位于控制间ꎮ通过充气抬升台面ꎬ排气使台面降低ꎮ在控制箱上可以读取垂向作动器上ＬＶＤＴ的数值ꎬ用来标示振动台在垂向的位置ꎮ这样ꎬ垂向作动器只用来产生动态振动ꎬ在选择作动器时ꎬ其出力特性与响应特性可达到一个平衡ꎮ１.４㊀隔振措施图３㊀振动台隔振层Ｆｉｇ.３Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒ振动台的垂向振动为顺臂向ꎬ如果不做处理ꎬ巨大的振动能量将通过吊篮传递到离心机的转臂和主轴上ꎬ有可能对转臂㊁主轴和轴承造成损伤ꎬ对离心机的安全运行产生隐患ꎬ因此必须对顺臂向的振动进行隔振处理ꎮ如图３所示ꎬ本振动台的隔振措施是在摆动吊篮下部的隔振层内有６个弹性橡胶块ꎬ振动台工作时的反力通过弹性橡胶块进行缓冲ꎬ对振动能量进行吸收和隔绝ꎬ以达到减弱振动能量对离心机本体影响的效果ꎮ经测试ꎬ当振动台垂直向输入加速度峰值为２０ｇ的地震波ꎬ经弹性橡胶块减震后ꎬ离心机主轴处的振动加速度峰值小于１ｇꎮ对比振动台动力响应计算结果ꎬ当振动台满载时ꎬ主轴最大动力响应为１１ＭＰａꎬ其三倍均方根值为３３ＭＰａꎬ静载荷下的应力为３４.６ＭＰａꎬ静动复合响应远小于主轴材料屈服强度４４０ＭＰａꎬ安全系数为６.５ꎮ因此ꎬ试验中的冲击能量远小于离心机可承受的最大冲击力ꎬ不会对离心机的安全稳定运行产生不利影响ꎮ１.５㊀液压系统为防止在作动器启动过程中出现不稳定状态ꎬ液压系统内设置有顺序阀ꎬ确保先导阀先于主阀获得压力ꎬ系统更加稳定可控ꎮ离心机振动台为液压伺服驱动ꎬ振动加速度大㊁频率高ꎬ单靠安放在地下室内的液压泵供油难以满足振动台工作要求ꎬ需使用液压蓄能器提供系统在激振过程中所需压力与流量的保证ꎮ为减小压力损失ꎬ蓄能器设置在吊篮上ꎬ缩短了与伺服阀和作动器的距离ꎮ为保证离心机在不停机的条件下实现多次激振ꎬ蓄能器可通过液压泵进行充油ꎬ液压油经旋转接头输送到蓄能器ꎮ振动波形的准确性还取决于伺服阀的性能ꎬ尤其是在高ｇ值条件下的响应ꎮ本振动台使用ＭＯＯＧ三级伺服阀对作动器进行控制ꎬ具有很高的响应频率ꎮ伺服控制器将控制信号传递至伺服阀ꎬ驱动先导阀运动来控制主阀的状态ꎬ主阀通过ＬＶＤＴ将阀体运动数据反馈至伺服系统ꎬ阀内的油柱共振由Ｄｅｌｔａ￣Ｐ传感器进图４㊀剪切模型箱Ｆｉｇ.４Ｌａｍｉｎａｒｂｏｘ行检测ꎮ为保证在１００ｇ离心加速度条件下的性能满足振动试验的要求ꎬ厂家对其进行了特别的设计并进行了测试ꎮ１.６㊀试验模型箱离心机振动台试验过程中为了减弱模型箱中的反射作用ꎬ通常需要对模型箱进行重新设计ꎬ以减少模型箱边界效应的影响ꎮ本振动台所用的层状剪切模型箱如图４所示ꎬ由若干个铝制架子组成ꎬ每层可相对滑动ꎮ底架带一个底盘以及若干个用于连接到振动台面上的预留固定孔ꎮ每层铝架之间配有氯丁橡胶ꎮ橡胶被粘在每层架子的底部ꎬ允许各层铝架产生相对滑移ꎮ铝架上的橡胶虽然相比于普通轴承摩擦要大ꎬ与铝架组合使用可达到层压橡胶轴承的使用效果ꎬ且在垂向激振时可承受高频激振力ꎬ延长其使用寿命ꎮ９０１水㊀道㊀港㊀口第４１卷第１期２㊀振动台控制策略２.１㊀控制系统硬件控制间内有一台控制电脑ꎬ通过以太网与主控计算机相连ꎬ可在控制间向振动台发送驱动信号ꎬ采集的试验数据通过光纤环传递至控制间电脑ꎮ天科院离心机振动台的水平和垂直方向的２个作动器ꎬ分别由ＧａｒｄｅｒＧＳ２０００伺服控制器驱动ꎮ伺服控制器安放在下仪器仓ꎬ伺服控制器的前面板上可以读取不同的控制参数ꎬ也可通过可变电阻对参数进行调整ꎮ上位机向伺服控制器发送控制信号ꎬ将信号传递至伺服阀驱动作动器运动ꎮ依据奈奎斯特采样定理ꎬ在进行模拟/数字信号的转换过程中ꎬ采样频率大于信号中最高频率的２倍时ꎬ采样后的数字信号完整的保存原始信号中的信息ꎮ如果采样频率不够高ꎬ模拟信号中的高频信号会混叠到低频段ꎬ出现虚假频率成分ꎮ工程测量中采样频率不可能无限高也不需要无限高ꎬ一般只关心一定频率范围内的信号成份ꎮ为解决频率混叠ꎬ在对模拟信号进行离散化采集前ꎬ需进行滤波处理ꎮ为保证采集到的信号准确不受外界干扰ꎬ数据采集系统中设置了６４通道的抗混叠过滤器ꎬ可保证１０００Ｈｚ以下的准确性ꎮ传感器数据经抗混叠过滤器后输入采集板卡ꎬ由主控计算机对数据进行处理和保存ꎮ２.２㊀试验过程图５㊀振动试验流程图Ｆｉｇ.５Ｔｅｓｔｐｒｏｃｅｄｕｒｅ如图５所示ꎬ试验开始时首先开启ＤＡＮＣＥ软件ꎬ并导入一个预先设定好的试验模板ꎬ模板中写入了该振动台相关的各种参数ꎮ然后开始输入振动测试的参数ꎬ包括导入振动波形ꎬ对振动波形进行滤波处理ꎬ依据软件计算结果对输入波形的加速度㊁速度和位移参数与台面限制值进行对比ꎬ确定无误后开始波形迭代ꎮ判断反馈波形与输入波形的误差是否在合理范围内ꎬ此过程可能需要进行多次迭代ꎮ当误差在合理范围内时ꎬ保存此时的传递函数ꎬ并用于正式的试验ꎮ试验后用ＤＡＮＣＥ软件对数据进行采集㊁显示㊁保存以及后处理ꎮ２.３㊀测试准则振动台最大能力㊁伺服控制器性能㊁作动器的非线性㊁台面与测试模型共振㊁噪音信号和模数转化过程都会导致波形失真ꎮ当台面实际运动与期望运动不符而产生波形失真时ꎬＤＡＮＣＥ可以从已完成的振动试验中获取台面参数和反馈信号与驱动信号的失真度ꎮ通过对获得的参数进行判定和比较ꎬ对波形误差进行补偿ꎬ可实现与期望运动相近的台面运动ꎮ本振动台测试准则主要依据期望响应谱ＲＲＳ与测试响应谱ＴＲＳ的对比确定误差ꎬ误差超过预期ꎬ可通过手动调节或自动计算的方法对某一频率上的幅值进行修正ꎬ再将结果应用在振动台的驱动方程上ꎮＲＲＳ根据输入地震波文件计算得出ꎬＴＲＳ依据台面的反馈数据计算得出ꎮ除此之外还要对反馈得到的加速度曲线形状和质量进行判定ꎮ振动台控制软件ＤＡＮＣＥ的作用是为地震波文件找到合适的校正函数去驱动振动台ꎮ振动台运动的实质是需要找到一个传递函数来校正振动台的输出ꎮＤＡＮＣＥ对波形的调整过程与音响系统调音近似ꎬ是通过一个叫做 均衡 的过程进行迭代ꎮ均衡过程是对驱动信号和反馈信号进行比较ꎬ通过数学计算对信号放大㊁滤波产生一个新的传递函数ꎮ为达到一个较好的拟合效果通常需要数次的迭代和修正ꎮ图６展示了某振动波形的迭代效果ꎬ第１次迭代后输入波和反馈波在加速度值和波形相似度上都不理想ꎬ经过５次迭代后ꎬ输入波形与反馈波形的吻合程度大大提高ꎬ且加速度值误差很小ꎮ２.４㊀数据显示与处理试验进行后ꎬ可以将各通道采集到的数据进行保存和图形化显示ꎮＤＡＮＣＥ软件中可以将系统的输入波形与台面反馈波形进行对比显示ꎬ也可以通过计算得到波形误差ꎮ各通道采集到的数据可在时域内进行显示ꎬ也可通过傅里叶变换在频域内显示和处理ꎮ０１１２０２０年２月李建东ꎬ等㊀土工离心机水平垂直双向振动台第１次迭代第５次迭代图６㊀波形迭代效果Ｆｉｇ.６Ｉｔｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ㊀㊀振动试验除了采集振动信号外ꎬ往往还需要采集土压㊁孔压㊁位移等信号ꎬ这就需要对不同信号进行滤波处理ꎬＤＡＮＣＥ软件中可对各通道数据分别进行滤波处理ꎬ去除结果中的无效成分ꎬ获得可靠的试验结果ꎮ获得的数据还可以进行微分或积分处理ꎬ比如可由加速度信号积分计算得到相应的速度和位移信号ꎮ３㊀振动台性能测试将离心加速度设置为５０ｇꎬ进行人工地震波的双向测试ꎮ这个地震波长度为３ｓꎬ反馈地震波在频率２０~２５０Ｈｚ范围内分别对Ｘ轴和Ｚ轴方向进行ＴＲＳ和ＲＲＳ相似度的评价ꎮ图７㊀Ｘ轴的ＲＲＳ和ＴＲＳＦｉｇ.７ＲＲＳ＆ＴＲＳｏｎＸ￣ａｘｉｓ图８㊀Ｚ轴的ＲＲＳ和ＴＲＳＦｉｇ.８ＲＲＳ＆ＴＲＳｏｎＺ￣ａｘｉｓ㊀㊀图７和图８分别为双向振动台Ｘ轴和Ｚ轴的ＲＲＳ和ＴＲＳ曲线对比ꎮ在图中可以看出ꎬＴＲＳ曲线围绕ＲＲＳ曲线波动ꎬ且均处于ʃ２０％误差内ꎬ因Ｘ轴振动受离心加速度影响较小ꎬ其ＴＲＳ曲线的准确度略高于Ｚ轴ꎮ４㊀结论本文依托交通运输部天津水运工程科学研究所已建成的大型土工离心机水平垂直双向振动台ꎬ分析了大型双向振动台的研制难点ꎬ并对其相应的机械设计方案和控制策略进行了介绍ꎮ本振动台的建造经验表明:(１)水平垂直双向振动台在离心机产生的高离心场中工作ꎬ台面自重和模型重量产生的负载巨大ꎬ导向装置需承受很强的动荷载ꎬ且需具备很长的工作寿命ꎬ宜选用层压橡胶轴承作为其导向装置ꎮ合理的层压橡胶轴承的布置方案可保证振动台的导向精度ꎮ(２)在振动台底部设置气缸ꎬ抵消掉振动台本体和模型的静态离心力ꎬ垂向作动器只负责激发垂向振动ꎬ可达到出力和响应的平衡ꎮ(３)振动台底部设置隔振层ꎬ其内部的６个弹性橡胶块对垂向激振反力进行吸收和隔绝ꎬ以达到减弱垂向振动能量对离心机转臂和主轴等重要部件的冲击ꎮ(４)通过期望响应谱ＲＲＳ与测试响应谱ＴＲＳ的对比确定误差ꎬ经手动调节或自动计算的方法对某一频率上的幅值进行修正ꎬ为地震波文件找到合适的校正函数去驱动振动台ꎬ可达到很好的地震波复现效果ꎮ参考文献:[１]张宇亭.水平循环荷载作用下群桩与软粘土相互作用离心模型试验研究[Ｊ].水道港口ꎬ２０１８(２):２１１－２１６.１１１２１１水㊀道㊀港㊀口第４１卷第１期ＺＨＡＮＧＹＴ.Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｐｉｌｅｇｒｏｕｐｒｅｓｐｏｎｓｅｄｕｅｔｏｌａｔｅｒａｌｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇｉｎｓｏｆｔｃｌａｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒｗａｙａｎｄＨａｒｂｏｒꎬ２００８(２):２１１－２１６.[２]刘晶波ꎬ刘祥庆.砂土地基自由场离心机振动台模型试验[Ｊ].清华大学学报:自然科学版ꎬ２００９(９):１４６３－１４６６.ＬＩＵＪＢꎬＬＩＵＸＱ.Ｄｙｎａｍｉｃｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｏｆａｎｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｓａｎｄｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００９(９):１４６３－１４６６.[３]于玉贞ꎬ陈正发.土工离心机振动台系统的发展研究[Ｊ].水利水电技术ꎬ２００５(５):１９－２１.ＹＵＹＺꎬＣＨＥＮＺＦ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ[Ｊ].ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００５(５):１９－２１.[４]王永志ꎬ袁晓铭.大型振动离心机设备设计关键技术研究[Ｊ].世界地震工程ꎬ２０１１(２):１１３－１２３.ＷＡＮＧＹＺꎬＹＵＡＮＸＭ.Ｃｒｉｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｄｅｓｉｇｎｆｏｒｌａｒｇｅｓｃａｌｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｓｈａｋｅｒ[Ｊ].ＷｏｒｌｄＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１１(２):１１３－１２３.[５]王永志ꎬ袁晓铭.大型振动离心机试验辅助系统分析[Ｊ].世界地震工程ꎬ２０１０(Ｓ１):２５３－２５７.ＷＡＮＧＹＺꎬＹＵＡＮＸＭ.Ａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｅｓｔｉｎｇａｕｘｉｌｉａｒｙｓｙｓｔｅｍｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｓｈａｋｅｒ[Ｊ].ＷｏｒｌｄＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１０(Ｓ１):２５３－２５７.[６]ＶａｎＬａａｋＰＡꎬＡｄａｌｉｅｒＫꎬＤｏｂｒｙＲꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎｏｆＲＰＩᶄｓＬａｒｇｅＳｅｒｖｏｈｙｄｒａｕｌｉｃＣｅｎｔｒｉｆｕｇｅＳｈａｋｅｒ[Ｃ]//Ｐｒｏｃ.ｏｆＣｅｎｔｒｉｆｕｇｅ９８ꎬ１:１０５－１１０.[７]ＮｇＣＷＷꎬＬｉＸＳꎬＶａｎＬａａｋＰＡꎬｅｔａｌ.Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｌｏｏｓｅｆｉｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｕｎｉ＿ａｘｉａｌａｎｄｂｉ￣ａｘｉａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ[Ｊ].ＳｏｉｌＤｙｎａｍｉｃｓａｎｄＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００４ꎬ２４(４):３０５－３１８.[８]ＴａｋｅｍｕｒａＪꎬＴａｋａｈａｓｈｉＡꎬＡｏｋｉＹ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣ｖｅｒｔｉｃａｌ２ＤｓｈａｋｅｒｉｎａＣｅｎｔｒｉｆｕｇｅ[Ｊ].ＰｈｙｓｉｃａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇｉｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃｓꎬ２００５ꎬ２５:１６３－１６８.[９]候瑜京.土工离心机振动台及其试验技术[Ｊ].中国水利水电科学研究院学报ꎬ２００６(１):１５－２２.ＨＯＵＹＪ.Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓｈａｋｅｒｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００６(１):１５－２２.Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣ｖｅｒｔｉｃａｌｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒｆｏｒｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅＬＩＪｉａｎ￣ｄｏｎｇꎬＺＨＡＮＧＹｕ￣ｔｉｎｇ∗ꎬＰＥＩＷｅｎ￣ｂｉｎ(ＴｉａｎｊｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＷａｔｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｏｒｔＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３００４５６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｅａｒｅｏｎｌｙａｆｅｗｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣ｖｅｒｔｉｃａｌｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒｓｆｏｒｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄｗｉｄｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｈｉｇｈｄｅｇｒｅｅｏｆｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓꎬｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｃａｎｂｅｅｘｃｉｔｅｄｉｎｔｗｏｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｓｅｉｓｍｉｃｉｍｐａｃｔｓｏｎｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣ｖｅｒｔｉｃａｌｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒｓｆｏｒｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｉｎＴｉａｎｊｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒｗａｔｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＭ.Ｏ.Ｔ.ꎬｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.Ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ￣ｖｅｒｔｉｃａｌｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔ:Ｌａｍｉｎａｔｅｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓｈａｖｅｂｅｔｔｅｒｃａｐａｃｉｔｙｔｈａｎｐｌａｉｎｂｅａｒｉｎｇｓｕｎｄｅｒｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓꎬｍｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｈａｋｅｒｃａｎｂｅｇｕｉｄｅｄｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｗｈｅｎｔｈｅｌａｍｉｎａｔｅｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓａｒｅｍｏｕｎｔｅｄｉｎｐｒｏｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ.Ｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｄｙｎａｍｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｃａｎｂｅｅｘｃｉｔｅｄｂｙｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌａｃｔｕａｔｏｒｗｈｉｌｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｓｏｆｔｈｅｓｈａｋｅｔａｂｌｅａｎｄｔｅｓｔｍｏｄｅｌａｒｅｂａｌａｎｃｅｄｂｙｓｅｖｅｒａｌｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｓ.Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｆｏｒｃｅｏｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅａｒｍａｎｄｍａｉｎｓｈａｆｔｃａｎｂｅｍｉｎｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈａｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒｕｎｄｅｒｔｈｅｓｈａｋｅｒ.Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏａｃｔｕａｔｏｒｓｗｉｌｌｂｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｎｅｌａｙｏｕｔｓｃｈｅｍｅａｎｄｓｅｒｖｏ￣ｖａｌｖｅｓ.ＡｇｏｏｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｓｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇＲＲＳａｎｄＴＲＳ.Ｂｅｔｔｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｗｉｔｈｐｒｏｐｅｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅꎻｂｉ￣ａｘｉａｌｓｈａｋｅｒꎻｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎꎻｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ。

振动台试验方案设计实例清晨的阳光透过窗帘的缝隙，洒在了我的办公桌上，我的思绪随着键盘的敲击声渐渐飘散。

十年的方案写作经验，让我对每一个项目都有着独特的理解和处理方式。

今天，就让我们来聊聊振动台试验方案设计。

一、项目背景这个项目是为一家电子设备制造商设计的，他们的产品需要在各种环境下经受住振动测试，以保证其在运输、安装和使用过程中的可靠性。

因此，我们需要为他们设计一个全面的振动台试验方案。

二、试验目的1.验证产品在振动环境下的结构强度和可靠性。

2.检验产品在振动过程中是否会产生功能故障。

3.评估产品在振动环境下的耐久性。

三、试验设备1.振动台：选择一款能够满足试验要求的振动台，其振动频率、振幅和振动时间等参数需满足产品标准。

2.数据采集系统：用于实时记录振动过程中的数据，以便后续分析。

3.温湿度控制系统：保证试验过程中的环境条件符合产品要求。

四、试验方案1.试件准备：根据产品标准和试验要求，选择合适的试件进行试验。

试件数量、规格和状态需满足试验要求。

2.试验步骤：（1）将试件放置在振动台上，调整振动台的频率、振幅和振动时间等参数，使其符合产品标准。

（2）启动振动台，进行正弦波振动试验。

观察试件在振动过程中的响应，记录数据。

（3）在振动过程中，对试件进行功能测试，检验其在振动环境下是否会出现故障。

（4）根据试验结果，调整振动台的参数，进行随机振动试验。

观察试件的响应，记录数据。

（5）重复步骤（2）和（3），直至完成所有试验。

3.数据分析：将试验过程中采集的数据进行整理和分析，评估产品的结构强度、可靠性和耐久性。

4.结论与建议：根据试验结果，给出产品在振动环境下的性能评估，并提出改进建议。

五、试验安全1.试验过程中，操作人员需穿戴好个人防护装备，确保人身安全。

2.设备需定期检查，确保其正常运行。

3.试验过程中，如发现异常情况，立即停止试验，查明原因并处理。

六、试验时间与地点1.试验时间：根据项目进度安排，确保在规定时间内完成试验。

离心机振动台试验验证基于剪切波速的碎石桩抗液化技术近30年来,地震作为突发的自然灾害给人类社会生产活动带来了巨大的影响和危害。

地震导致的场地和建筑物破坏与岩土工程问题密切相关,特别是场地液化引起的震害问题特别严重。

我国处于世界两大地震带(环太平洋地震带和欧亚地震带)交汇处,7度以上的高烈度区覆盖了全国1/2以上的土地,包括了大部分的省会城市和百万以上人口大城市。

因此,对易液化场地进行准确的液化判别并采取合理的抗液化处理措施是防震减灾的关键之一。

目前,场地的液化判别仍然基于标贯试验和静力触探试验等测试指标,且未有一套完整的碎石桩抗液化处理设计方法。

因此,采用碎石桩加固易液化场地仍处在一个经验性阶段,具体的设计和检验方法都较为简化,场地加固后的质量控制也非常困难。

所以,提出准确的场地液化判别方法,并建立一套经济合理的碎石桩抗液化处理设计方法具有重要的理论与现实意义。

本文通过理论分析、离心机振动台试验验证等方法系统地研究了离心模型试验中土体剪切波速的测试精度及布置要求,提出了一套基于剪切波速的碎石桩抗液化处理技术,并通过室内离心机振动台试验和现场实例共同验证了该方法在水平场地和倾斜场地中的适用性。

本文所做的主要工作和研究成果如下：1、基于离心模型试验中弹性波速的测试需求,建立了离心模型试验弹性波测试方法,并针对离心试验中环境振动、高噪音等问题进行了传感器优化设计。

围绕离心试验中模型箱内高应力梯度、变重力场等复杂状况,建立了考虑应力各向异性的剪切波曲线传播路径模型,分析了离心机硬件参数(离心加速度值或转速、离心机半径)、传感器布置方式(弯曲元埋深和测试距离)、模型应力状态(K0)和土性参数(n)对曲线路径的影响规律,给出利用弯曲元进行剪切波速测量的布置技术优化建议,并通过离心模型试验验证了其的合理性。

最后对采用压缩元进行了土体压缩波速的测量开展了基础研究,并标定了砂土饱和度-压缩波速曲线。

研究表明,弯曲元和压缩元经过传感器优化设计后信号稳定清晰,测试结果可靠。

一、前言模拟地震振动台可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，它是在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，这种设备还可用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗震措施等内容。

另外它在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等方面也都发挥了重要的作用，而且其应用的领域仍在不断地扩大。

模拟地震振动台试验方法是目前抗震研究中的重要手段之一。

20世纪70年代以来，为进行结构的地震模拟试验，国内外先后建立起了一些大型的模拟地震振动台。

模拟地震振动台与先进的测试仪器及数据采集分析系统配合，使结构动力试验的水平得到了很大的发展与提高，并极大地促进了结构抗震研究的发展。

二、常用振动台及特点振动台可产生交变的位移，其频率与振幅均可在一定范围内调节。

振动台是传递运动的激振设备。

振动台一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。

常见的振动台分为三类，每类特点如下：1、机械式振动台。

所使用的频率范围为1~100Hz，最大振幅±20mm，最大推力100kN，价格比较便宜，振动波形为正弦，操作程序简单。

2、电磁式振动台。

使用的频率范围较宽，从直流到近10000Hz，最大振幅±50mm，最大推力200kN，几乎能对全部功能进行高精度控制，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，只有极低的失真和噪声，尺寸相对较大。

3、电液式振动台。

使用的频率范围为直流到近2000Hz，最大振幅±500mm，最大推力6000kN，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，可做大冲程试验，与输出力（功率）相比，尺寸相对较小。

4、电动式振动台。

是目前使用最广泛的一种振动设备。

它的频率范围宽，小型振动台频率范围为0~10kHz，大型振动台频率范围为0~2kHz，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。

原理：是根据电磁感应原理设置的，当通电导体处的恒定磁场中将受到力的作用，半导体中通以交变电流时将产生振动。

振动台试验全过程介绍一、试验准备1.确定试验目标：确定试验的目的、试验要求和试验指标。

例如，确定产品的振动频率范围、振幅等要素。

2.设计试验方案：根据试验目标和要求，制定试验方案，包括试验样品的选择、试验条件的确定、数据采集方案等。

3.准备试验设备：确保振动台和相关的传感器、数据采集仪器等设备的正常运行，并进行必要的校准和检测。

二、试验设备调试1.设置试验条件：根据试验方案，设置振动台的参数，包括振动频率、振幅、振动方向等。

2.安装试验样品：将试验样品固定在振动台上，确保其安全可靠，同时避免影响试验的结果。

3.连接传感器和仪器：将振动台上的传感器与数据采集仪器相连接，以获得试验过程中的相关数据。

三、试验进行1.开始试验：将振动台开启，使其按照预设的参数进行振动。

2.监测和采集数据：通过连接的传感器和数据采集仪器，监测和采集试验过程中的相关数据，如振动频率、振幅、加速度等。

3.记录试验结果：根据试验目标和要求，记录试验过程中的数据和观察结果，包括试验样品的振动情况、是否产生损坏等。

4.调整试验参数：根据监测到的试验结果和数据，可以适时调整试验参数，如振动频率、加速度等，以获得更准确的试验结果。

四、试验分析和评估1.数据处理：对试验过程中采集到的数据进行处理和分析，如计算振动频率、振动幅值等。

2.结果评估：根据试验的目标和要求，对试验结果进行评估和分析，判断产品的抗振性能是否满足相关标准和要求。

3.提出建议：基于试验结果和评估，可以提出改进产品设计或生产工艺的建议，以提高产品的抗振性能。

五、试验报告和总结1.编写试验报告：将试验过程和结果进行整理和总结，撰写试验报告。

报告要包括试验的目的、方法、结果、分析和评估等内容。

2.提出结论：根据试验结果和分析，得出结论，明确产品的抗振性能是否合格，是否满足相关要求。

3.总结经验：总结试验过程中的经验和教训，为今后的试验工作提供参考和借鉴。

以上就是振动台试验的全过程介绍，通过对试验准备、试验设备调试、试验进行、试验分析和评估等环节的详细介绍，可以对振动台试验有更深入的了解。