《土力學抗震分析用雙向電液激振控制的基礎研究》是依託大連理工大學,由桑勇擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：土力學抗震分析用雙向電液激振控制的基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：桑勇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對當前高速公路、高速鐵路、捷運、大壩等許多重大而複雜岩土工程土力學抗震試驗分析中急缺同時考慮水平地震波和豎向地震波試驗儀器的現狀，本課題提出新的設計方案能夠實現任意幅值比、任意相位差和任意波形的雙向激振控制解決上述問題。該方案全部採用液壓伺服系統組建實現試樣徑向（水壓載入）和軸向（力載入）雙向激振，保證雙向激振均具有優良的動態回響特性。課題擬解決雙向激振控制中的關鍵技術問題有：(1)提出改進的高精度雙向激振非常規同步控制策略和摩擦非線性補償方法；(2)研究雙向激振過程中強耦合的解耦控制方法；(3)採用數字圖像測試技術解決激振力實時補償中的關鍵測量問題。課題的研究成果為複雜岩土工程土力學分析提供先進的試驗條件，對突破國外的技術封鎖提高自主智慧財產權水平具有重要意義。
結題摘要
本項目針對當前高速公路、高速鐵路、捷運、大壩等許多重大而複雜岩土工程土力學抗震試驗分析中急缺同時考慮水平地震波和豎向地震波試驗儀器的現狀，提出了新的設計方案實現了雙向激振控制解決了上述問題。主要完成的工作如下：(1) 試製了雙向激振動三軸儀（試驗樣機）。試製過程中解決了壓力室泄露、透光差、裝樣繁瑣等一系列問題。試驗樣機包括控制軟體、數字圖像處理系統、載入架、壓力室、載入系統等，該樣機載入系統全部採用液壓伺服系統組建實現了試樣徑向（水壓載入）和軸向（力載入）雙向激振，保證了雙向激振均具有優良的動態回響特性。該設備為實驗內模擬複雜的載荷提供了先進的條件，從試驗結果來看利用液壓伺服系統組建雙向激振動三軸試驗儀是不錯的選擇；(2) 完成了雙向激振非常規同步控制的研究。首先建立了雙向激振動三軸儀非常規同步系統數學模型並分析系統穩定性能和動態特性，接著研究了幾種典型的同步控制策略並對這些控制策略進行了理論分析和實驗研究，最後通過對比實驗，驗證了基於交叉耦合控制的補償方案比基於等同方式的補償方案同步誤差能減小40%左右，有效提高了雙缸系統的同步性能；(3) 研究了摩擦非線性補償方法。對摩擦問題進行了理論分析，建立了靜態摩擦模型和動態摩擦模型，設計了摩擦模型參數辨識方法，利用實驗結果對摩擦模型參數進行了辨識。設計了基於LuGre 模型的狀態觀測器，然後對動三軸試驗儀軸向載入系統進行了摩擦力補償實驗和仿真，結果表明：帶有摩擦補償的系統跟蹤誤差與無補償的系統跟蹤誤差相比誤差減少明顯；(4) 研究了模糊解耦控制方法，耦合系統中增加模糊解耦控制器後，雖無法從根本上消除耦合影響，但可以明顯地降低了軸向激振與徑向激振控制之間耦合的影響把耦合影響減小到允許範圍之內；(5) 為實現徑向動態補償，本項目利用高速數字圖像測試系統實現了試樣徑向平均尺寸的動態測量。採用基於亞像素角點檢測的數字圖像測量系統實現了快速實時測量，實時性滿足1Hz常規試驗的要求。使用數字圖像測量系統對試樣變形進行測量時，利用橡皮膜上標誌線把試樣分為12個截面，實現了為更準確地計算試樣動態變化的平均直徑；(6) 利用項目指導了3 名碩士研究生、協助指導2名博士研究生，在國內外期刊、學術會議等上發表學術論文十篇，其中被EI、SCI 檢索4 篇。申報了國家發明專利5項，其中4項已經獲得授權。
