高围压动三轴试验仪测控系统设计与研究

发布时间：2020-07-26 21:49

【摘要】：在土建工程领域,土体的稳定和变形问题占据着举足轻重的地位,尤其是受到外力作用如地震、海浪和其它振动载荷作用时,土体的性质会发生变化,这极大地增加了建筑物的安全隐患。在施工之前通常需要完成抗震设计,在实验室内模拟真实的受力条件就显得非常重要。常规情况下是借助三轴试验仪进行应力、应变等方面的分析,从而获得施工方面的各类抗震参数。目前动三轴试验仪绝大多数采用低围压加载,通常加载压力小于1MPa。本课题受大连理工大学抗震工程研究所委托,开发面向300米水电站大坝的高围压动三轴试验仪,该高围压动三轴试验仪可以实现3MPa的高围压加载,用于研究300米水下的水坝基体受力载荷情况,利用动态加载完成地震载荷的模拟。本文研究内容主要包括:设计合理可行且具有较高精度的测试系统;研究惯性力在高频小载荷动态加载时的影响;在液化试验中解决动态加载控制过程中幅值衰减的问题。具体研究工作如下:首先,针对高围压三轴试验仪系统,阅读了国内外文献,对其背景和发展状况进行详细地了解,分析了动三轴试验仪的组成及工作原理,进一步研究了系统存在的问题。根据试验的需要,加载方式采用了液压伺服加载系统,围压测控系统方案采用了西门子PLC,轴向测控系统采用了NI的数据采集卡。分别从机械模块、液压模块和电控模块对系统进行了设计,完成了整体试验装置的设计和组装调试工作。接着,在抗震分析试验过程中发现动态加载时较大的加速度会产生较大的惯性力,惯性力会影响力加载的控制精度,从而引起试验精度的下降。为研究惯性力在高频小载荷情况下对轴向加载的影响,建立了动三轴试验仪整体的数学模型,分析惯性力对试验精度的影响情况。在MATLAB/Simulink中对系统进行动态分析,研究了高频小载荷情况下,系统精度受惯性力影响的程度。为降低惯性力影响,提出迭代学习控制,并对提出的控制理论进行了仿真分析,最大误差从17N减小到5N。最后,在液化试验中发现常规PID动态幅衰减的问题,针对这一问题提出了模糊控制的方案。模糊控制对具有非线性、参数时变性等特点的加载对象具有更好的自适应能力,且动态性能更好。根据试验完成模糊规则的设计,并进行了仿真分析和实验验证,模糊PID同常规PID相比,有效地解决了液化试验中幅值衰减的问题。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH702;TP273

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本文编号：2771333