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GDS空心圆柱系统的关键特点及典型试验结果
发布时间:2020-07-24

空心圆柱系统多年来被顶尖科研机构所采用,它通过控制施加到土样上的三个主应力的大小和方向,可以给土样施加十分复杂的应力路径。可选动态和静态的系统以及局部的小应变测量。GDS空心圆柱系统可用于很多试验,包括本构模型的验证,地震活动中土体动力响应研究.

 


GDS空心圆柱设备(HCA)可以给空心圆柱土样施加旋转位移和扭矩。这套设备可以控制 3个主应力的大小和方向。可进行以下研究:

• 土的各向异性

• 主应力旋转的效应

• 中主应力旋转的效应

 

空心圆柱系统(HCA)可以完成一系列的应力路径试验。加载系统由计算机控制,应变直接在试样上测量。这些应变也可以伺服控制。可以在以下试验条件下研究:

• 平面应变

• 简单剪切

• 非常小的剪切应变


 

 

 

 

01

 

系统控制方式-伺服电机控制

0~2、0~5Hz、0~10Hz可选,美国ASTM规范对动态试验的频率要求是1Hz,最快的交通荷载主频一般也不会超过5Hz(5Hz接近等同于480km/h的高铁荷载)。

 

经过综合考虑,GDS空心圆柱圆柱选用伺服电机控制,有以下优点:

(1)0~10Hz和低于25kN的试验中有很好的表现,尤其适用于0~1Hz的地震试验研究。

(2)功耗小,试验成本低。

(3)环境噪音:电机形式<50分贝,可于办公室区域使用。

(4)动态频率耦合:不同于液压耦合有折损,电机型各向加载频率可独立加载,耦合加载时不相互影响(如果双向都可以独立施加5Hz,最后耦合频率可达5Hz)。

(5)围压平衡方式:使用机械式平衡锤,主动进行围压平衡。在需要动态围压控制的三轴系统中,机械式平衡装置完全平衡掉轴压对围压的影响。

 

 

 

 

02

 

空心圆柱HCA的关键特点

关键特点

优势

该系统具有较高的轴向和扭转刚度,并具有最少量的齿隙和摩擦:

从而使机器能够很好地适用于小应变测试,直至高负荷和高应变测试。

系统的灵活性

试样尺寸、荷载、压力可以选择来确保系统特殊定制来适应实验和预算要求。

水下可更换集合轴向和扭矩的荷重传感器

测量轴向荷载或扭矩不会由于荷载锤的摩擦带入误差。

压力室上盖提升框架

标配用于方式提升压力室上盖

可以用作三轴实验系统

通过改变底座,系统可以转换成全功能的动态三轴试验系统。

平衡锤

允许静态压力控制器用于围压加载,动态实验时不会产生明显波动。

 

 

 

 

03

 

系统构成

空心圆柱基本系统硬件组成如下图,可选择更多硬件以满足不同测试需要。

例如,可选大型压力室最大试样直径200mm,可以在试样周围提供额外的空间用于安装传感器可选局部应变传感器(霍尔效应6mm范围;LVDT5mm或者10mm范围;非接触性Proximity传感器0.9到6mm范围),内部LVDT夹具等。

 

 

 

 

 

04

 

技术参数

轴力/扭矩量程(kN/Nm):

10/100,10/200,12/200,

15/400,20/100,20/200

试样尺寸 (mm):

100/60/200 or 200/160/400 (OD,ID,高度)

工作频率(Hz):

2 or 5

围压量程 (MPa):

1,2

轴向荷载分辨率:

<0.3N(用于10kN系统)

轴向位移编码器分辨率:

<1µm

扭矩精度 (Nm):

动态HCAd= <0.03Nm

扭转位移精度(度):

动态HCAd= <0.04度

尺寸 (mm):

700 X 700 X  1000mm (不含压力室), 1450mm (含压力室),   2350mm(含压力室提升架)

大概重量 (kg):

500

 

 

 

 

05

 

新型高速数字控制与采集系统ADVDCS V2

 

ADVDCS V2基于现代化的高速32位处理内核,具有8个同步采样24位通用模拟输入通道,可连接GDS的任何传感器。高速数字总线技术允许实时传输传感器数据,使其成为高速数据采集的理想选择。ADVDCS V2支持伺服电机和液压作动器的全数字控制,可实现对作动器进行精确、精细和无噪声控制。

 

 

 

06

 

自适应控制固件

自适应控制是一个划时代的技术改善了设备的动态荷载控制表现,因而增强了试验精度GDS自适应控制固件算法根据观测到的试样刚度,自动调整控制增益值,无需用户预先输入试验刚度的优先值。这也带来了另外的优点,来确保试验中正确处理试样刚度改变。

 

举一个液化试验中的例子,过程中当土样液化时,试样刚度明显的减小。当用设备运行GDS自适应控制时,固件自动根据动态试验的试验进程,基于土样的刚度变化优化控制增益值。能持续不变的施加荷载振幅到试样上。

 

 

 

 

07

 

典型试验结果

以下试验结果基于SS-HCA动态系统,频率为5Hz。注意:选用不同频率结果不同。

 

 



典型试验结果

 

 

 

 

 

08

 

GDS空心圆柱中国用户

序号

单位名称

引进年份

1

浙江大学      

2005

2

南京工业大学    

2007

3

南京水利科学研究院    

2007

4

同济大学    

2008

5

河南工业大学

2009

6

香港城市大学

2009

7

温州大学

2010

8

辽宁工程技术大学

2011

9

长安大学

2011

10

河海大学

2012

11

宁波工程学院

2014

12

吉林建筑大学

2015

13

温州大学

2015

14

扬州大学

2016

15

宁夏大学

2016

16

北京科技大学

2017

17

浙江工业大学

2017

18

中原工学院

2018

19

华东交通大学

2018

20

清华大学

2018

21

青海大学

2018

22

山东建筑大学

2018

23

绍兴文理学院

2018

24

广西大学

2019

25

清华大学

2019

26

中山大学

2019

 

 

 

 

 

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