【摘要】：在土建工程領(lǐng)域,土體的穩(wěn)定和變形問(wèn)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)抗震工程研究所委托,開(kāi)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(guò)程中幅值衰減的問(wèn)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,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(wèn)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(guò)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(wèn)題,針對(duì)這一問(wèn)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)象具有更好的自適應(yīng)能力,且動(dòng)態(tài)性能更好。根據(jù)試驗(yàn)完成模糊規(guī)則的設(shè)計(jì),并進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,模糊PID同常規(guī)PID相比,有效地解決了液化試驗(yàn)中幅值衰減的問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH702;TP273

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