振动离心机系统工作原理与初步设计

【摘要】： 振动离心机是国际上公认的土工抗震研究最先进、最有效的试验设备之一,一些发达国家已经将其应用于岩土动力问题研究中。而我国到目前为止还没有一台大型振动离心机设备,与我国辽阔的地域、复杂的工程地质条件、高速发展的经济建设以及严峻的地震形势极不相称。为此,中国地震局工程力学研究所拟建设一台国内领先、国际先进的大型振动离心机。 动力离心模型试验设备属于尖端试验技术,离心机、振动台、试验辅助系统等方面均存在难点,振动台研制技术目前仍处于研发和探索阶段,其中垂直+水平2D振动台是世界性难题。目前世界上成功建设的具有水平单向振动台的离心机约20余台,而振动容量10g-t以上振动离心机仅有6台。垂直+水平2D振动台目前能够良好使用的仅有美国NEES系统中UC Davis的振动离心机,其研制花费巨大,且仍存在一些问题。 本论文目标是为我国和我所振动离心机系统建设提供指导和帮助,完成的工作主要有以下几个方面: 1.系统地介绍和总结了国内外土工离心机与振动离心机的发展历史以及其应用,阐述了振动离心机系统的基本构成和试验原理,总结了振动离心机系统在机械设计方面的主要特点和应遵循的基本机械设计原则,归纳了当前动力离心模型试验的一些应用及其成果。 2.阐述了我国大型振动离心机系统建设的必要性,总结了国际振动离心机的发展趋势,以此为基础,提出了我国振动离心机的设计构想和指标要求,最后指出了实现指标的关键问题和技术难点。 3.根据国际上几个具有代表性振动离心机的离心机系统的构造对比,提出了我所离心机系统设计的详细技术指标和结构布局,分析离心机系统各关键部件的设计难点,提出了其基本设计原则和各关键部件设计建议。同时,阐明了离心机运行功率的计算方法,提出了我所主机室的降温措施及离心机系统的监控系统设计建议。 4.阐明了振动离心机中振动台系统的特点及技术要点,对比国际现有设备性能指标和结构,分析其优点,指出其缺欠,在此基础上提出了我所振动台结构初步设想和难点。分析了振动台控制系统、液压源系统和安全监控系统组成和要点。 5.对比国内外振动离心机试验辅助系统发展现状,根据我所设备功能要求,完成了我所试验辅助系统基本设计,包括试验数据采集与摄影摄像观测系统设计要求与要点,振动离心机的模型箱设计构想,制模设备组成和模型制作过程基本原则等。