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非饱和土水压恒定试验装置设计与控制研究

发布时间:2018-03-20 11:06

  本文选题:非饱和土 切入点:试验装置 出处:《湖南科技大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:非饱和土水压恒定试验装置是一种用来研究地下土质特性的土力学试验装置,在海洋勘察、岩土工程等领域有着广泛的应用。本文以国家863计划项目“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”为课题背景,针对海底取样沉积物室内试验研究需求,研制出一种为海底沉积物非饱和渗透试验提供恒定水压的试验装置。本文主要研究内容如下:1、根据非饱和土水压恒定试验装置的技术要求和设计方案,对装置各构成部件进行结构设计和相关计算,对其中的标准件进行选型,并利用Solidworks软件建立了装置的整体结构模型。利用ANSYS软件对装置有关零部件进行优化设计以及有限元仿真分析。2、利用LabVIEW、PLC、伺服电机等软硬件设施对非饱和土水压恒定试验装置的控制系统进行设计。针对活塞到达液压缸末端导致伺服驱动产生过位移量这一问题提出一种伺服过位移量自动消除控制方法——改进型TLC控制方法,并通过LabVIEW与PLC编程实现。利用MATLAB软件对水压恒定控制进行仿真研究,根据仿真研究结果提出一种水压恒定控制方法——改进式PID控制方法,并以PLC编程实现。3、搭建非饱和土水压恒定试验装置平台,对提出的伺服过位移量自动消除控制方法和水压恒定控制方法进行试验验证。试验结果表明,提出的相应控制方法均是有效和可行的。对装置的全压力控制范围内和全流量输出范围内的稳态误差进行检测。检测结果表明,该装置的最大水压控制误差相对于国外降低了0.5KPa,因此,其水压控制精度水平相对于国外有了一定的提升。通过对非饱和土水压恒定试验装置结构部分与控制部分较为系统地研究,为进一步研发和制造高控制精度的水压恒定试验装置提供了理论和技术支持,也为发展海底沉积物室内试验仪器建立了基础。
[Abstract]:The unsaturated soil hydraulic constant test device is a kind of soil mechanics test device used to study the characteristics of underground soil. Geotechnical engineering and other fields are widely used. In this paper, the project of National 863 Project "Technology Development and Application Research of underwater 60m Multipurpose drilling rig" is taken as the subject background, aiming at the need of laboratory test and research of seabed sampled sediment. A constant water pressure test device for the unsaturated permeation test of submarine sediments has been developed. The main contents of this paper are as follows: 1. According to the technical requirements and design scheme of the unsaturated soil hydraulic constant test device, The structural design and related calculation of each component of the device are carried out, and the standard parts are selected. The whole structure model of the device is established by using Solidworks software, the optimum design of the relevant parts of the device is carried out by using ANSYS software and the finite element simulation analysis .2. and the software and hardware facilities such as LabVIEWN PLC, servo motor and so on are used to stabilize the water pressure of unsaturated soil. The control system of the test device is designed. An improved TLC control method is proposed to solve the problem that the piston reaches the end of the hydraulic cylinder resulting in the overdisplacement caused by the servo drive. It is realized by LabVIEW and PLC programming. The water pressure constant control is simulated by MATLAB software, and an improved PID control method is put forward according to the simulation results. The PLC programming is used to realize. 3. The platform of unsaturated soil water pressure constant test device is set up, and the experimental results show that the servo overdisplacement automatic elimination control method and the water pressure constant control method are tested and verified. The proposed control methods are effective and feasible. The steady-state errors in the full pressure control range and the full flow output range are detected. The detection results show that, The maximum water pressure control error of the device is reduced by 0.5 KPA compared with that of foreign countries. The precision level of water pressure control has been improved compared with that of foreign countries. The structure and control part of the unsaturated soil hydraulic constant test device are studied systematically. It provides theoretical and technical support for the further development and manufacture of high control precision hydraulic constant test equipment, and also establishes the foundation for the development of submarine sediment laboratory test instruments.
【学位授予单位】:湖南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU415

【参考文献】

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本文编号:1638804

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