离心场中二维地震模拟振动台建模与仿真.pdfVIP

第五届全国流体传动与控制学术会议暨 2008 年中国航空学会液压与气动学术会议 离心场中二维地震模拟振动台建模与仿真 王珏 牛宝良 胡绍全 宋琼 严侠 (中国工程物理研究院总体工程研究所 四川绵阳 621900) 摘要：离心机二维地震模拟振动台是目前世界用于地震研究的最先进的实验设备之一，系统仿真为该设备的研制 提供了新的工具。本文介绍了一种离心机 “水平+垂直”二维地震模拟振动台的系统组成，分析了该系统的基本特 性，并借助 Matlab/Simulink 软件建立了系统的非线性仿真模型。模型在算例下的仿真运行和结果表明：仿真程 序运行正常，仿真结果正确，该模型可以为系统设计提供辅助平台。 关键词：系统仿真 土工离心机 二维地震模拟振动台 非线性建模 中图分类号：TH137 本文研究的离心场中的二维地震模拟振动台系 0 引言 统，可进行 “水平+垂直”的二维激振，其激振方向 地震是对人类社会影响最大的自然灾害之一， 如图 1 所示。 不论是民房建筑还是桥涵大坝，都需要考虑其抗震 整个系统包含两组电液伺服激振系统，由于离 能力[1]。震灾调查、数值模拟与理论分析和模型试 心场的作用，系统组成比地面的二维地震模拟振动 验，是研究岩土工程抗震问题的基本方法。其中离 台更加复杂，系统结构如图 2 所示。其中垂直系统 心机振动台模型试验技术是目前最有效的、最先进 为四个作动缸同步激振和四个平衡缸提供平衡力， 的方法。上世纪建成的离心机振动台大都是一维电 水平系统为单个作动缸激振。 液振动台，只能模拟一维地震波，不能同时模拟地 震横波和纵波的作用。因此，近年来国内外土工研 究单位出现了建造离心机二维电液振动台的趋势 [2~4]。 离心机二维地震模拟振动台系统复杂、设计难 度大，仅依靠设计经验和简单的理论计算已不能满 足指标设计和成本控制的要求。液压仿真为该系统 的设计提供了新手段，为设计方案提供更加精细的 仿真预测，对提高系统设计水平具有重要意义。 本文在一维地震模拟振动台非线性建模的基础 上，借助 MATLAB/SIMULINK 仿真软件，建立了 离心场中二维地震模拟振动台系统的仿真模型，并 图 2 离心场中二维地震模拟振动台系统组成 开展了模型验证和应用研究。 2 系统基本特性 1 方向定义和系统组成 2.1 离心场对系统的影响 离心场的存在，直接影响了系统的特性。垂直 方向，由于直接承受离心力的作用，激振系统的运 动部件将偏离平衡位置，偏离程度随离心力的增大 而增大，甚至被卡死、无法振动；水平方向，由于 离心力将振动台面压紧在支撑面上，导致摩擦力增 大，削弱了激振效果。因此，垂直方向必须增加平 衡系统，抵消离心力带来的影响，才能保证大离心 图 1 离心场中二维地震模拟振动台激振方向示意图 月第五届全国流体传动与控制学术会议暨 2008 年中国航空学会液压与气动学术会议 力环境下激振系统运动部件仍处在平衡位置；水平 从结构图可以看出