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外文翻译专业机械设计制造及其自动化学生姓名班级学号指导教师1用于吸力式基础离心机模拟的动力加载设备王淑云1,张建红2,鲁晓兵1,矫宾田11.中国科学院力学研究所,北京1000802.清华大学水利系,北京100084摘要吸力式桶形基础广泛地应用于海洋油气开发的海洋平台。在冬季,渤海冰排会对平台产生强烈的冲击,引起振动。本文介绍了一套用于土工离心机实验的动力加载设备,并介绍了该套设备在模拟吸力式桶形基础在受到等效动冰载作用下的响应的实验研究情况及实验结果。结果表明,当载荷幅值超过一个临界值时,地基上部会发生软化甚至液化。超孔隙水压从土体上部到下部,从桶形基础壁面到远处逐渐减小。在动载荷作用下,桶形基础和临近土体会发生大的沉降。桶形基础尺寸越小,动载荷响应越大。关键词吸力式桶形基础动力加载设备冰致振动离心机模拟1.绪论近几年来,吸力式桶形基础已经经常被应用到海上工程上。首次利用吸力式桶形基础是有吸引力的,因为它安装使用和维护方法简便。例如,只通过水泵抽水在一到三个小时内就能把一个9米宽10米高的吸力式桶形基础安装好。第二个优点是他可以提供能量巨大的提升吸力。尽管对吸力式桶形基础的安装和静态承载能力都进行了一系列的研究试验,但是其动力性载荷的的作用下的状况我们还不得而知。由于在动力性载荷方面实验数据的匮乏而导致了我们我们对其一系列的试验计划已加深这方面的认识.。在花费巨大的人力和物力在不同环境下对其原型机进行承载能力的测试发现起实用性是有限的。小规模实验的参数很容易被改变。但是问题是依靠标准装载的小数量土壤的压力测量不能正确反映不同的设计。如果在岩土离心机中进行这些实验这些限制是可以克服的。在离心机中泥土所受的压力和在原型中所受的压力是一样的。例如在100g100倍地球引力下,一个直径9米高9米的基础所提供的吸力可以用直径0.09米高0.09米的基础来模拟。原型和模型的缩放比例是1001。在中国的渤海冰振装置的动力载荷的装载是被控制的。通过对平台和参数的控制这种类型的水平负载的动力载荷可以向土层传递,例如土层的厚实度和参数的变化。结果桶形基础的承载能力将会减小。因此,阐明桶形基础在这种类型下的装载的动力行为为实际的设计提供方法和参数是重要的也是必要的。在这篇文章中,我们首先引进了一套动力装载装置用来模拟横向动力载荷。随后吸力式桶行基础的冰致循环实验得出了一系列数据,研究主要集中在对装载振幅效应,斗的大小和结构重量的研究上。2插图1激励式电磁1.动力驱动装置动力驱动装置主要如图1的激励式电磁的组成.这种激励式的装置由永久磁铁圆柱形银制线圈,2个铜制弹簧片、测压元件和一根钢棒通过线圈连接起来.该设计主要有两个主要的技术挑战。1圆柱线圈要悬浮在永久磁铁上,悬浮空间必须要很小以免损磁,但是在正交引力的作用。下圆柱线圈会发生横向运动,在这狭小空间里线圈的变形会被锁定。为了避免种情况一根轴和两个铜制弹簧片被安装而使线圈直线运动而不被锁.这种技术还没有完全被有效的论证。2线圈的重量在装载方向上的变形应尽量最小化。银线圈所形成的圆柱线圈用来提高性能和限制重量在0.5kg以内。装置的总重量为14kg,因此0.5kg的线圈重量不会对150kg的保险装置产生影响。线圈在刚性杆上的周期来回运动所形成的周期载荷形成了桶的模型。图2是控制系统的负载装置.装载功能是将电脑信号反馈给伺服放大器。激励式电磁的装载输出不断的被测压装置监测并反馈给示波器。孔隙压力传感器的输出信号(PPT)和线性变量变压器(LVDT)通过离心机滑动环并修改数据。这个装置在80g的离心加速度下以不同的振幅和频率进行着的横向循环力。所以,模型的装载频率和原型的换算系数是180,模型的振幅频率和原型的换算系数是16400。模型离心机100N的最大周期负荷和64HZ的频率代表了原型640KN最大周期负荷和0.8HZ的工作频率。表1表明了离心机的技术规格。80N所需要的电力在图3种表示。2.离心机系统结构组成图4显示了离心机和模型的结构组成。铝制箱体长宽高是600mm350m350mm,在箱体内部周围围上了210mm的厚沙,在它的底部垫上了20mm的粗沙以用来隔热。有20mm的水在沙子的表面。执行机构由二个紧固在法兰上面的钢粱支持。图4显示了两根梁决定了相对于箱体的那一边它在传动机构的后面。一台微型摄像机装在模型中的法兰上用来监视模型的运动。模型桶是一个外径为60mm内径为56mm高为72mm的钢桶。平台的静负载通过在轴表面裱好的沙囊来模拟。桶的运动情况被2台低压试验装置监控,当离心机模型在80g的力下测试,它的动作和直径4.8米的原型机的动作是根本上相符的。33.实验的准备实验在清华大学50gtons离心机上进行,其最大离心加速度为200g,其有效载荷为250kg每200g离心加速度。实验材料是重力为2.69颗粒直径为0.14mm的细沙,渗透性为5103mm/s。三个钢制模型桶被用在实验中,内部深度(不包括顶面盖帽厚度)分别为48mm、72mm、90mm,其内部直径都为60mm,壁厚和盖厚都为2mm。一个外径10mm内径8mm高度100mm的管子被焊接在桶盖的中心。保证球能够上下移动的光滑凹槽使其适应与管道连接的桶的沉降,钢杆的一端与球连接另一端与电磁驱动装置连接,因此当桶静止时杆无法牵引。一个线性变量变压器(LVDT)位于管子的上部用来测量它的垂直位移,另一个线性变量变压器(LVDT)位于管子和钢杆同一水平线上用来测量其水平位移。其余两个低压试验装置位于沙子表面用来测量不同位置的沙子的沉降状况。十个产于DruckCo的PPTs被埋在桶中沙子中(图5所示)。为了保证实验的重复性,制造中将210mm厚的沙层模型分成5层,并用手轻轻将其压缩。通过干燥剂控制此过程,水深超过沙表面1cm。干沙样品准备好了以后,通过容器底部孔慢慢地把水渗透到沙层里。20mm厚的粗砂层堆积在容器底部保证水均匀的上升并且防止水发热。当水位低于沙的表面,就使用真空机持续38小时抽吸沙子里的气体,以保证饱和度。在实验中采用了两种方案。第一个方案一排PPT倾向于沙层深度激励面并且远离桶边缘2mm,上层的低于沙层表面20mm,从上到下其他的都是以20MM间隔一个一个排开。双排的倾向于沙层的反面。一排离桶壁2mm,另一排52mm。第二种方案在承载方向对边上双排PPT都是离壁边缘2mm。一排PPT低于沙的表面倾向水平偏转方向20mm,除了桶外被处理的PPT,一排PPT注入低于上部20mm的桶内,另一排注入底部(图5)。在离心机离制造冰并使它影响平台是困难的,因此一个相对于人造冰动力源在试验中被用。由于动力人造冰负载引起的平台精确频率在中国渤海湾是0.81.2Hz。因此试验频率为0.8Hz。开始时负载位置时水箱顶上8cm处。这个重
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