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地震是对人类社会影响最大的自然灾害之一,不论是民房建筑还是桥涵大坝,都需要考虑抗震能力。震灾调查、数值模拟与理论分析和模型试验,是研究岩土工程抗震问题的基本方法,其中离心机振动台模型试验技术是目前最有效的、最先进的方法。 上世纪建成的离心机振动台大都是一维电液振动台,只能模拟一维地震波,而研究中实际地震波都是二维的,因此近年来国内外出现了建造离心机二维电液振动台的趋势。其中,“水平+垂直”方向激振与实际地震波最接近,但相应系统结构也最复杂、设计和制造难度也最大。 液压仿真为二维电液振动台的设计提供了新的手段,对提高设计水平有重要意义。现有的液压仿真,对系统的非线性特性忽略较多或只是线性近似,仿真结果与电液振动台实际特性相距甚远。 本文针对离心机“水平+垂直”二维电液振动台设计需求,建立了基于Matlab/Simulink的系统仿真模型,并开展了模型验证和应用研究。 首先,针对以往线性近似模型的缺陷,通过对伺服阀和系统动力学参数非线性特性的分析和建模,建立了激振系统非线性模型。仿真与实验对比结果表明:非线性模型再现了实际系统的真实特性,具有较高的仿真度。 然后,又分别建立了垂直系统和水平系统的仿真模型,并最终完成了二维系统建模。垂直系统模型包含激振子系统模型、平衡子系统模型、三自由度台面动力学模型、同步激振控制模型和四蓄能器联合作用模型;水平系统模型包含激振系统子模型和台面动力学模型;水平系统和垂直系统的动力耦合就构成了二维系统模型。算例对比结果表明:仿真结果与理论计算相符,仿真模型运行结果正确。 最后,以某个设计方案为算例开展了应用研究,结果表明:仿真系统为设计提供了系统激振能力、油源参数、波形失真度和各种工况下的系统性能等指标和参数的预测结果,为系统设计优化提供了重要参考。