外文翻译--数控简单剪切仪动态土壤测试.doc

中文译文标题:数控简单剪切仪动态土壤测试作者:果皮,PendoM,辉西斯图尔特,乔纳森·P,加州大学洛杉矶分校Venugopal,拉维,Sysendes公司。出版日期:01-01-2007系列:加州大学洛杉矶先前发表的作品发布信息:加州大学洛杉矶先前发表的作品,加州大学洛杉矶附加信息:版权2007年,ASTM,http:/journalsip.astm.org/原始引用:果皮,斯图尔特,摩根,d.h。,Venugopal,r.(2007)。“数控简单剪切设备动态土壤测试”,Geotech。测试日报,ASTM,30(5),368-377。数控剪切装置简单动态土壤测试文摘:我们描述的特征简单剪切装置能力运用现实的多向地震荷载对土标本。这个装置,文中称为数控简单剪切(直流ss)装置,包括功能,如伺服液压控制的驱动和真正的数字控制克服控制的局限性,一些之前的动态土壤测试机器。该设备是显示有能力正弦和宽带的复制命令信号在一个广泛的频率和振幅,虽然设备有限控制能力非常小的命令位移(少于大约0.005毫米)。小变形限制结果从噪声介绍了控制系统的反馈信号的模数转换。我们证明,双向命令信号准确地传授与最小交叉耦合,结果从一个创新的多输入多输出的数字控制系统。这个功能的设备演示一系列宽带测试标本非饱和土受到uni-和双向励磁。关键词:数字控制,简单的剪切、动态土壤测试、多向加载介绍直接简单的剪切设备已经成功运用多年来描述静态和动态土属性。这测试方法往往是首选当它是可取的标本来体验光滑、连续的旋转主应力方向在剪切。初始应力可以应用模拟静态字段条件当钢丝增强利用膜,减少横向变形样品(即。,NGI-type配置,Bjerrum和Landva1966)。也许最常见的应用程序的简单剪切试验对仿真的垂直(或近垂直)剪切波传播通过土柱。优点和局限性简单的剪切测试相对于其他类型的实验室测试描述了在其他地方,这里不再重复(比如,菜的etal。1972；沈etal。1978；萨达etal。1982；Vucetic和拉卡斯提花1982；1985；BudhuBhatiaetal。1985；Ameretal。1987；Airey和木材1987；Budhu和Britto1987；雅etal。1993)。最简单的剪切设备运行在一个水平方向并应用谐波载荷频率一般慢于动态过程,如地震摇晃(如。,Tatsuoka和银1981；Doroudian和Vucetic1995；和PfenderLefebvre1996；瑞艾莫和种子1997；Kusakabeetal。1999年,Hazirbaba和Rathje2004)。虽然总是有近似参与应用在实验室土壤特性测量对现场条件,对现有设备无法提供快速、多向加载介绍进一步的错误未知的意义当实验室测量土壤属性用于工程模拟。一个数量的简单剪切设备已经被发展调查土壤响应多向加载(如。,石原和山崎1980；雅etal。1993；DeGrootetal.1996)。加州大学伯克利分校的双向循环简单剪切(UCB-2D)装置是值得注意的,因为它明显减少了机械合规问题,导致相对最高/基地帽摇摆在早期的设备(如。,石原和山崎1980；石原和“1988)。另一个显著的特点UCB-2D设备是燃烧室压力控制,方便背压饱和。校长UCB-2D设备本身的限制,早期的设备,是他们无法应用地震像宽带装货吗在快速位移率。这种限制也存在对大多数单向简单剪切设备。其原因是双重的:(1)气动加载系统使用一个可压缩流体(即。、空气)其中介绍了重大错误的反馈回路在高频段；和(2)数字监督模拟控制器被雇用这有效地限制处理速度和成熟的控制算法。当然,振动台和离心机实验都能使用多方向的地震像加载到土壤模型(即。,派克etal。1975；1998年andYanagisawaJafarzadeh的说法；Kutter1995；威尔逊etal.2004)。然而,直接测量土壤元素的响应(例如,剪切应力剪切应变关系、体积应变和孔隙水压力)在这些类型的实验需要密集的仪表数组,可以影响响应他们的目的是措施,从而使复杂数据解释(如。,困难etal.2005)。图1应用的能力,可靠程度的控制,多向加载在一个很宽的频率范围内,土壤元素在实验室是至关重要的推进我们的根本理解动态土壤属性。例如,宽带装载能力是需要调查率影响土壤手稿收到2006年3月1日,1月28日发表2007年,2007年5月在线发表。1研究生研究员,副教授和副主席,分别土木工程系&大学环境工程加利福尼亚,洛杉矶,5731年洛杉矶消沉大厅CA90095。2工程师,指数失效分析,320年,200套房,欧文戈达德,CA92618年。3创始人和高级咨询顾问工程师,Sysendes,Inc.,1804m,套件4、蒙特利尔、QCH3H1硅陶瓷、加拿大的观点和结论包含在本文档的作者和不应被解释为一定代表官方的政策,明示或暗示,美国政府。岩土测试日报,卷。30,5号纸IDGTJ100518可以在www.astm.org368年版权©2007年由ASTM国际,100年巴尔港驱动器,POBox,西ConshohockenC700,PA19428-2959。属性,人们知道这是重要的对于粘土(如。,Lefebvre和Pfender1996；Sheahanetal.1996)。此外,效果剪切速率和2d装载在孔隙压力生成或体积改变行为,或两者兼而有之,是了解较少,需要进一步调查一些土壤类型。为了满足这些研究需要,一个简单的剪切设备现场数控与能力室压力控制和多向激励一直发达。这个装置,文中称为现场数控简单剪切(直流ss)装置合并功能,如伺服液压控制的驱动和真正的数字控制克服的局限性先前的动态土壤测试机器。结果是一个真正独特的简单剪切装置的功能应用宽带(地震像)位移要求土壤标本在两个方向,用最小的交叉耦合水平运动。在本文中,我们描述这个装置和它的功能动态土壤测试。物理描述直流ss装置机械设计的直流ss装置使用了UCB-2D的装置作为一个原型(面包师etal.1993)。这个直流ss装置是专为了保留的主要特征UCB-2D设备如包含细胞压力的目的背压饱和,有限的机械遵守尊重对简单剪切边界条件(如。,顶部和基板“摇摆”),和双向加载功能。除了这些特性,直流ss装置结合了几种改进设计相对于UCB-2D装置包括:我使用一个三邮报框架与高绩效跟踪轴承(容纳垂直位移的顶罩),以进一步降低摇摆；二世一个伺服液压控制的控制系统,使高频率加载；iii双重轴负载细胞获得职位摩擦剪切载荷的测量。图1显示了大会的直流ss装置。照片的直流ss设备显示在图2。直流党卫军的设备是用来测试圆柱土壤标本与直径10.2厘米或更少。这个标本是位于相对严格的底部和顶部帽(图1、图2(b)和通常局限由一线增强膜。见图2(c),水平(顶部和底部)面临的标本被限制的帽子,它含有细磨石epoxied变成一个休会覆盖整个脸的帽子除了保持嘴唇的铝在边缘。这些帽子提供一个“摩擦”表面同时使排水进入多孔石头如果石头不饱和(石头可以饱和对不排水试验)。这个上盖/样品/下盖堆栈顶部之间的位置和底部适配器板图1所示。底部帽适合一个休息在底部适配器板。适配器板顶部轻轻地降低,这样休息在顶端的适配器板适合舒适地覆盖在顶盖。顶部和底部帽是紧紧在各自的适配器板由三个固定螺丝在每个板。一旦样品是获得两个适配器板之间,三个LVDTs间距分布样品安装在顶部适配器板和固定在板通过螺钉。这个标本是然后合并垂直应力和准备剪切载荷。图2顶部适配器板是一种垂直表,进而是附加到一个垂直负载细胞(图1)。垂直负载转移到标本通过垂直表,这是附加的三个等距线性幻灯片。每个三个线性幻灯片附属于一个单独的帖子,有效防止侧运动和摇摆的垂直表(因此,实际上无花果。1原理的直流ss装置在加利福尼亚大学洛杉矶分校。果皮ETAL。在数控简单剪切仪369来说,标本)。这是一个重要的三邮报框架改善UCB-2D设备,雇佣了一个悬臂系统(垂直表附加到一对跟踪轴承沿相同的墙)。负载应用于垂直表由气动执行机构安装在主框架之外。一个重要的功能的设备,直流党卫军留存从UCB-2D装置是其双向加载功能。横向剪切载荷应用在该基地的标本通过两个独立控制的水平表。底部水平表安装在线性幻灯片附加到主框架的装置,这表是只自由移动一个水平方向。上层水平表也安装在线性幻灯片,这样运动上层表是完全垂直于下表。两个水平表可以控制产生净合成的运动底部适配器板在任何水平方向。加载应用较低水平表通过螺纹棒相连致动器,可以应用张力和压缩。有一个tensioncapable辊之间连接上层表及其执行机构以适应垂直位移下表。负载应用到表loadcells来衡量安装执行机构和表之间。负荷测量由loadcells不相同,那些传授标本由于摩擦而在线性的幻灯片。这个巨大的摩擦加载系统中的表征,观察到相当小(大约2.2N)。这一点的重要性摩擦负载取决于什么类型的测试,是理想的。这种摩擦负载将产生不准确的(大约0.3kPa10.2厘米直径试样),代表比例可以忽略不计的剪切应力对大多数应用程序。然而,如果很低应力测量是必要的,帖子摩擦剪切应力可以通过使用一个双轴loadcell测量。这种双轴loadcell适合在顶部之间适配器板和垂直表,一个空间,否则占用垫块。这种双轴loadcell能够测量两个垂直和剪切载荷同时以最小的相声这些通道之间。然而,存在的双轴loadcell介绍系统遵从性(即摇摆和垂直变形),可能是重要的在大中型菌株。因此,大多数测试执行没有双轴loadcell到位。三LVDTs(线性可变差动传感器),安装顶部和底部之间的适配器板,用于测量垂直标本变形。这些位置的LVDTs最小化错误由于机械合规。这三个LVDTs是用,这样相对摇摆的标本在两个方向的加载可以测量。三LVDTs数据的平均值定义试样高度在一个测试。水平变形是衡量两个LVDTs安装在水平表在吗正交的方向。设备的直流党卫军下运作的“应变控制”的条件下,这意味着表位移控制和执行机构力量必须实现这些位移测量。这个运动,可以传授表是有限的不同方面的控制系统对不同频段。在低频率f024赫兹,限制因素是峰致动器位移umax=51毫米。在中间频率0.24Hzf15赫兹,限制因素是流量的能力伺服阀的Qmax=158立方厘米/秒。在频率f15赫兹,的制约因素是压力能力的液压泵pmax=21MPa。的情况下谐波控制信号,这些数量可以与相关的峰值表动作如下:U(t)=Dsin（wt）umax(1)u(t)=Dwcos（wt）Qmax/A(2)u¨(t)=Dw2sin（wt）pmaxA/m(3)