[發明專利]超重力環境下兩自由度循環荷載模擬裝置

在審

• 申請號: 201710423307.6
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107192570A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 朱斌;黃錦舒;王保良;林偉岸;陳云敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及超重力離心模擬裝置，尤其是涉及一種超重力環境下兩自由度循環荷載模擬裝置。

背景技術

土工離心機是利用高速旋轉產生的離心加速度來模擬重力加速度，在土工離心機中可以產生n倍于重力加速度的離心加速度，從而形成超重力環境。利用該超重力環境可以在模型地基中再現原型的土體應力場。此種模擬方法是巖土領域的一種非常重要的試驗手段。

近海結構基礎的服役環境非常惡劣，復雜性海洋風、浪循環荷載長期作用使得基礎發生循環累積變形以及承載能力改變，極端情況下結構基礎可能出現破壞。因此，迫切需要研究海洋復雜環境下海洋結構基礎的失效破壞機理及災變控制關鍵技術。豎向力、水平力和傾覆彎矩等多向耦合加載裝置是研究海洋結構基礎變形、承載力和長期循環效應的必要儀器裝置。而超重力條件下兩自由度荷載模擬裝置是模擬海洋復雜荷載作用下海洋結構基礎受力、變形、失效破壞及控制的基礎。因此，研制超重力環境下兩自由度荷載模擬裝置對于解決海洋結構基礎災變控制問題具有重要意義。

目前超重力環境下大多采用單自由度的加載裝置或者結構簡易的雙自由度加載裝置，為了在超重力環境下模擬海洋復雜荷載條件，需要設計一套具有X向和Y向同時加載且具有循環加載功能的實驗模擬裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超重力環境下兩自由度循環荷載模擬裝置，針對不同的試驗要求，自動控制X向和Y向的力或者位移，使其進行靜態或循環加載，滿足不同復雜受荷尤其是海洋結構基礎復雜受荷的試驗模擬需求。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括結構相同的兩個水平調整支座、裝置底座、X向傳動機構、Y向傳動機構、Y向傳動機構支撐構件、加載構件和導線拖動滑桿組件；裝置底座兩端的短邊梁分別安裝在各自水平調整支座上，X向傳動機構安裝在裝置底座的一根長邊梁的內側面，兩根長邊梁上面沿長度方向分別裝有X向直線導軌，Y向傳動機構位于裝置底座的兩根長邊梁內，通過Y向傳動機構支撐構件兩側的直角支撐件，分別與各自的X向直線導軌構成移動副，加載構件安裝在Y向傳動機構的Y向滾珠絲桿螺母上，加載構件能沿Y向滾珠絲桿運動，導線拖動滑桿組件安裝在裝置底座另一根長邊梁的外側面，且與另一根長邊梁平行；加載構件上的Y向力傳感器和X向力傳感器的導線，Y向傳動機構上的Y向伺服電機的導線均固定在導線拖動滑桿組件的導線滑桿的圓環上，pxi控制器分別與X向傳動機構的X向伺服電機、Y向傳動機構上的Y向伺服電機和加載構件上的Y向力傳感器和X向力傳感器連接。

所述結構相同的兩個水平調整支座，均包括兩塊墊塊和橫梁；墊塊分別安裝在橫梁下面的兩端，橫梁沿長度方向的外側開有長滑槽。

所述裝置底座，包括兩根長邊梁、兩根短邊梁和X向電機支撐座；兩根長邊梁兩端的內側間分別裝有短邊梁，在一根短邊梁外側裝有X向電機支撐座。

所述X向傳動機構，包括X向伺服電機、X向減速器、X向滾珠絲桿、兩個X向軸承組件和兩根X向直線導軌；X向減速器安裝在X向電機支撐座上，X向伺服電機與X向減速器4連接，X向滾珠絲桿的一端穿過裝置底座一短邊梁上的一個X向軸承組件后，通過聯軸器與X向減速器連接，X向滾珠絲桿的另一端與Y向傳動機構支撐構件上的螺母配合后，并裝在裝置底座另一短邊梁上的另一個X向軸承組件中。

所述Y向傳動機構，包括Y向傳動機構支撐構件、Y向伺服電機、Y向減速器、Y向軸承組件和Y向滾珠絲桿；Y向減速器安裝在Y向傳動機構支撐構件頂面，Y向伺服電機與Y向減速器連接，Y向滾珠絲桿的一端穿過一個Y向軸承組件與Y向減速器連接，Y向滾珠絲桿的另一端與裝在加載構件上的螺母配合，并裝在另一個Y向軸承組件中。

所述Y向傳動機構支撐構件，包括上頂板、下底板、背板、兩塊側板和兩個直角支撐件；兩塊側板之間的上、下端分別與上頂板和下底板連接，兩塊側板后面裝有背板，直角支撐件分別裝在各自側板外，分別與各自的X向直線導軌構成移動副。

所述加載構件，包括加載機構連接件、X向力傳感器、Y向力傳感器、X向加載頭和Y向加載頭；加載機構連接件的上端與加載構件上的螺母連接，加載機構連接件的下端開有Y向加載頭滑槽，X向力傳感器的一端與Y向加載頭滑槽連接，X向力傳感器的另一端與X向加載頭連接，X向加載頭朝向X向伺服電機一側，加載機構連接件中部向外的垂直端開有X向加載頭滑槽，Y向力傳感器的一端與Y向加載頭滑槽連接，Y向力傳感器的另一端與Y向加載頭連接，Y向加載頭朝向兩個水平調整支座底面一側。