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1、梧 州 学 院毕 业 论 文论文题目 简易地震模拟振动系统的设计 系 别 电子信息工程系 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名） 完成时间 年 月55摘要本论文提出一套简易地震模拟体验系统的液压系统设计，其设计原型是电液伺服地震模拟振动台，电液伺服地震模拟振动台试验是地震工程重要的研究手段，近几年来得到了迅速发展，已经应用于多个产业部门。振动台主要由台面及支撑系统、液压激振系统、液压油源系统和控制系统四大模块组成，多以位移控制为基础进行地震波形的模拟。 该地震体验系统主要通过一套激振系统，依靠输入的各种地震波形和频率等相关参数，在一维方向上把地震效果进行精确模拟，使体验人员获得类似
2、的振动体验。同时，通过对减震模式的相关设置还可以用来验证各种减振材料或结构的减振效果。 本论文在符合设计要求的基础上提出了合理的液压原理设计，并就部分关键部件进行了相关功能和结构的设计。该地震体验装置的突出特点是采用了以2D数字换向阀为控制阀的电液伺服系统，电液伺服系统的优点是系统刚度大，控制精度高，响应速度快，能高速启动、制动和反向等优点，因而可组成体积小，重量轻，加速能力强，快速动作和控制精度高的伺服系统来控制较大的功率和负载。另外，由于伺服阀等的非线性影响及台架与试件的共同作用，本装置在本质上是一个十分复杂的非线性系统。为了能更清楚的显示其内部控制关系，通过一系列线性化的手段，本论文在分
3、析电液伺服地震模拟振动台的设备构成及其物理机理的基础上，给出了地震体验系统相关的数学模型，并以此进行了SIMULINK的仿真和分析，为进一步调整及优化提出了一系列的设想和展望。关键词：地震 电液伺服控制 2D数字阀The design is of the system of the simple-easyearthquake vibration simulationAbstractThe earthquakeexperienced system discussed here is actually an earthquake shaking table controlled by electr
4、ohydraulic servo systemShaking table test is an important earthquake engineering research toolAnd this tool has been achieved a rapid development in recent years，and it is used in various industrial sectors nowThe system mainly composed of four modules：the vibration table and support system，hydrauli
5、c vibration system，hydraulic oil system and control systemMost of shaking tables，their seismic wave simulation is based on displacement controlThe earthquake-experienced system relies on the importation of all kinds of seismic wave and frequency，and other relevant parametersIn the direction of the o
6、ne dimensional，this seismic effect can be accurately simulated by its hydraulic vibration system，So that staff may get a similar experience of earthquakesIn addition，through it can also be used to validate the damping vibration effect of many kinds of material or structureIn order to achieve those r
7、equired function，some key components of the relevant functional and structural design are selected hereThe earthquake-experienced system uses 2D-digital valve as the control of electro-hydraulic servo system which it has many advantages，like the high precision，fast response，action of high-speed，brak
8、e and reverse，etcWhat is more，because of the servo valve，and other components that it have non-linear impact in essence，and the system is a very complicated nonlinear system in essenceIn order to get its internal relationship among complicate parameters，the linearization of electro-hydraulic servo s
9、ystem is neededA simple mathematical model is establishedAnd the result of the simulation shows the earthquake-experienced system is feasibilityKey word：earthquake electro-hydraulic servo control 2D- digital valve目录第一章 绪 论.11.1本课题研究的背景与意义11.2国内外研究发展现状31.3本课题研究方法与内容71.4本章小结8第二章 振动台的组成及工作原理.92.1振动台的工作
10、原理92.2振动台系统的组成102.3 研究的振动台的功能17第三章 6自由度振动的控制设计分析.183.1 6自由度振动台系统的构造183.2 自由度的合成方法及分析矩阵193.3 三状态控制器203.4压力镇定控制器233.5试验研究253.6 本章小结26第四章 液压系统功能原理设计.274.1系统性能指标274.2系统功能设计304.3 本章小结45第五章 振动台机构的设计与分析.465.1 台面设计465.2 水平X向振动连接485.3 垂直Z方向平动连接机构49第六章 总结.51参考文献.52致谢.53附录.54第一章 绪论1.1 本课题研究的背景与意义1.1.1 本课题的研究背景
11、地震就是地球表层的快速振动，在古代又称为地动。它就象刮风、下雨、闪电、山崩、火山爆发一样，是地球上经常发生的一种自然现象。地震时，在地球内部出现的弹性波叫做地震波，地震波主要包含纵波和横波。振动方向与传播方向一致的波为纵波(P波)，来自地下的纵波引起地面上下方向颠簸振动。振动方向与传播方向垂直的波为横波(S波)，来自地下的横波能引起地面的水平方向晃动，横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以在地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这样，发生较大的地震时，人们一般会先感觉到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感觉到有很强的水平晃动。地震，如果发生在没有人烟的
12、高山、沙漠或者海底，即使震级再大，也不会造成伤亡或损失。相反，如果地震发生在人口稠密、经济发达、社会财富集中的地区，特别是在大城市，就可能造成巨大的灾害。地震时房屋等建筑物的倒塌和严重破坏，是造成人员伤亡和财产损失最重要的直接原因之一。房屋等建筑物的质量好坏、抗震性能如何，直接影响到受灾的程度。因此，必须做好建筑物的抗震设防工作。破坏性地震发生之前，人们对地震有没有防御，防御工作做得好与否将会大大影响到经济损失的大小和人员伤亡的多少。防御工作做得好，就可以有效地减轻地震带来的灾害损失。到目前为止，地震预测仍然是世界难题。这种状况由三方面因素所决定：第一，地球的不可入性。正所谓上天容易入地难，我
13、们对地下发生的变化，只能通过对地表现象的观测来推测。第二，地震孕育规律的复杂性。相关专家通过多年的研究，现在逐渐认识到地震孕育、发生、发展的过程十分复杂，在不同的地理构造环境、不同的时间阶段，不同震级的地震都显示出相当复杂的孕育规律过程。第三，地震发生的小概率性。这一点我们可能都能感觉到，全球每年都有地震发生，有些还是比较大的地震。但是对于某一个地区来说，地震发生的重复性时间是很长的，几十年、几百年、上千年，而进行科学研究的话，都有统计样本，而这个样本的获取，在有生之年都有可能非常困难。由上面三种原因决定，地震预报到目前仍是世界难题。可是随着现代高科技的迅猛发展，人们对高层建筑、大坝等工程的安全问题越来越重视。为了减少损失，对于地震多发地带，特别是对学校、车站以及中高层建筑这些人员密集场所来说，对它们的抗震试验尤为重要。通过对过去一些地震的研究分析，发现绝大部分的人员伤亡来自于建筑物的坍塌，不少人还因为没有经历过类似的地震体验，没有相应的心理准备，故而在地震来临时惊慌失措，从而导致人身伤害。另外，虽然目前对地震机理的理论研究很多，但是通常需要到模拟试验台上对模型进行验证和优化。如今这种运用地震模拟振动台对模型和理论进行验证和优化的形式是被公认为最能模拟真实的地动环境的措施之一
