Luận văn Tính toán, thiết kế và mô phỏng bàn rung phục vụ trong nghiên cứu động đất (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Tính toán, thiết kế và mô phỏng bàn rung phục vụ trong nghiên cứu động đất (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN PHÚC TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BÀN RUNG PHỤC VỤ TRONG NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S KC 0 0 4 2 4 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN PHÚC TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BÀN RUNG PHỤC VỤ TRONG NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHAN ĐỨC HUYNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
3. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN PHÚC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1983 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 88/15/30, KP Vĩnh Thuận, P.Long Bình, Q9,TP Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0902298133 Fax: E-mail: Fujihandsome@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Cao đẳng chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2001 đến 01/2004 Nơi học (trường, thành phố): CĐ CỘNG ĐỒNG QUẢNG NGÃI Ngành học: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Lý thuyết cơ sở (Sức bền vật liệu), lý thuyết chuyên môn (Nguyên lý cắt gọt kim loại). Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học liên thông chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/2008 Nơi học (trường, thành phố): ĐHSP KỸ THUẬT TPHCM HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC i
4. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH Ngành học: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Hệ thống điều khiển tự động, Kỹ thuật lập trình PLC, CAD/CAM (proengineer) Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Công việc đảm Thời gian Nơi công tác nhiệm 08/2008 đến nay Công ty TNHH PUNGKOOK SAIGÒN II QLSX HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC ii
5. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 04 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Phúc HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC iii
6. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng và Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Phan Đức Huynh, dù rất bận rộn với công việc giảng dạy nhưng thầy vẫn luôn dành thời gian quan tâm, hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và người thân đã động viên, khuyến khích trong suốt quá trình nghiên cứu. HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC iv
7. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH TÓM TẮT Kỹ thuật xử lý và tính toán kết cấu công trình trong những năm gần đây có nhiều tiến triển .Dao động của kết cấu chịu ảnh hưởng động đất phải được đo lường và cải tiến để chống lại các tác hại của động đất.Tuy nhiên việc tính toán dao động ảnh hưởng của kết cấu chỉ giới hạn ở dạng mô hình toán học,thường đơn giản hơn so với kết cấu phức tạp thực tế. Do đó mà bàn rung luôn là công cụ hữu dụng trong nghiên cứu và mô phỏng động đất cho kết cấu công trình. Và mục đích chính của đề tài là tính toán,thiết kế và mô phỏng mẫu bàn rung thủy lực hạng trung có 3 bậc tự do để tiến hành mô phỏng động đất và kiểm tra mô hình cấu trúc phức tạp. Dự án này được thực hiện với bộ điều khiển ba biến , 2 van servo và 2 bộ truyền động ,hệ thống bàn rung và hệ thống cung cấp năng lượng.Xây dựng mô hình toán học của hệ thống và tính toán các thông số ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống như các thông số điều khiển, độ nhiễu và trạng thái ổn định của hệ thống, mô phỏng trong miền thời gian để phân tích và dự đoán các đáp ứng của hệ thống. HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC v
8. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH ABSTRACT Recent industrial progress and computation technology made it possible to construct more complex structures.Vibration of these structures due to seimic strength must be measured and proved to prevent them from damage when they are subjected to earthquake.However ,the accuracy of estimating the effect of vibrating structures is limited by the mathematical models,which are normally simplified from the actual complex structures. The main purpose of this study is to obtain the design specifications three degree of free hydraulic shaking table with medium loading,which can function primarily as an earthquake simulator and dynamic structural testing apparatus.The project employs a three stage electrohydraulic servovalve actuator system complete with hydraulic system as the power and drive unit.Mathematical model for closed loop control experimentation was presented and used investigate the fluence of various parameters on the overall system. The investigation includes the study on effect of controller gain setting,disturbances and system stability.Time domain analysis using computer simulation was conducted to explain and predict the system of response. HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC vi
9. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC vii
10. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH MỤC LỤC TRANG TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii CẢM TẠ iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC viii DANH SÁCH CÁC BẢNG xii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii Chƣơng 1:TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 5 Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1.1 Giới thiệu: 7 2.1.2 Độ lớn và cƣờng độ của động đất 8 2.1.3 Báo cáo lại sự vận chuyển trên mặt đất 9 2.1.4 Phân tích miền thời gian sự vận động mặt đất của động đất. 10 2.2 Thiết kế các bƣớc của vòng lặp thủy lực 11 Chƣơng 3:TÍNH TOÁN THIẾ T KẾ THƢC̣ TẾ 15 3.1 Giới thiệu 15 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC viii
11. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH 3.2 Xác định lực động tác dụng lên bộ dẫn động 16 3.3 Xác định kích thƣớc nhỏ nhất cho đƣờng kính pittong 17 3.4 Xác định lƣu lƣợng tại các tần số khác nhau: 19 3.5 Lựa chọn ống mềm thủy lực linh hoạt (dẻo) 22 3.6 Lựa chọn dung dịch thủy lực 23 3.7 Tính toán công suất lý thuyết của máy bơm 23 3.8 Lựa chọn máy bơm 25 3.9 Lựa chọn motor 26 3.10 Thiết kế bồn chứa nƣớc thủy lực 26 3.11 Lựa chọn bộ dẫn động cho đƣờng hút 27 3.12 Vị trí bộ lọc 27 3.13 Hệ thống làm lạnh 28 3.14 Kết cấu bàn rung và bộ dẫn động 28 3.15 Các thông số kĩ thuật cuối của hệ thống thiết kế 29 3.16 Tóm tắt 30 Chƣơng 4:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3 BIẾN (TVC) 32 4.1 Hàm truyền của bộ điều khiển 3 biến(TVC): 32 4.1.1Bộ điều khiển 3 biến TVC 32 4.1.2Bộ phát tham chiếu GR: 33 4.1.3Bộ hồi tiếp: 34 4.1.6Bộ lọc lực hồi tiếp thông thấp: 36 4.2.1Hàm truyền mạch kín: 40 Chƣơng 5:TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC 43 5.1 Phân tích tổng quan về van Servo thủy lực: 43 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC ix
12. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH 5.1.1 Phƣơng trình lƣu lƣợng tải: 47 5.2Van servo trên hệ thống và tiêu chuẩn về dạng sóng không xác định tối thiểu: .52 5.3 Bộ truyền động một đầu: 55 5.4 Mô hình bộ tích trữ: 57 Chƣơng 6:MÔ HÌNH LẮP RÁP 2D CỦA BÀN RUNG 58 6.1 Giới thiệu: 58 6.2 Ma trận khối lƣợng của mặt phẳng bàn rung: 61 6.3 Lực tác dụng của piston thủy lực: 62 6.4 Lực lò xo đứng: 63 6.5 Lực lò xo theo phƣơng ngang: 65 6.7 Lực ma sát Coulomb: 68 6.8 Phản lực do mẫu thí nghiệm: 70 6.9 Thể hiện chi tiết phƣơng trình chuyển động: 71 6.10 Phƣơng trình chuyển động tuyến tính của hệ thống khung trƣợt 2 tầng: .72 Chƣơng 7 :HỆ THỐNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CỦA BÀN RUNG 76 7.1 Hàm truyền tuyến tính của hệ thống mạch hở và mạch kín của bàn rung: .76 7.1.1Hàm truyền cho hệ thống mạch hở của bàn rung: 76 7.1.2Hàm truyền mạch kín: 83 7.2Tƣơng tác giữa bộ điều khiển -bàn phẳng- kết cấu: 83 7.2.1Bộ điều khiển ba giá trị: 84 7.3Ảnh hƣởng của các hệ số khuếch đại của bộ TVC trên hàm truyền mạch kín: 89 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC x
13. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH Chƣơng 8:MÔ PHỎNG BÀN RUNG 95 8.1 Bộ điều khiển 3 biến TVC: 95 8.2 Van Servo: 96 8.3 Bồn chứa: 96 8.4 Bộ truyền động: 97 8.5 Bàn rung: 98 8.6 Hệ thống bàn rung tổng thể: 98 8.7 Các thông số tính toán tiến hành mô phỏng 99 8.8 Kết quả: 102 Chƣơng 9KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 105 9.1 Kết luận: 105 9.2 Hƣớng phát triển: 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC 107 PHỤ LỤC A 107 PHỤ LỤC B 109 PHỤ LỤC B 110 PHỤ LỤC C 111 PHỤ LỤC E 113 PHỤ LỤC F 114 PHỤ LỤC G 115 PHỤ LỤC K 119 PHỤ LỤC L 120 PHỤ LỤC M 121 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC xi
14. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Mối quan hê ̣Gia tốc – đô ̣lớ n. 9 Bảng 3.1: Lưu lươṇ g cưc̣ đaị taị các hành trình thay đổi và tần số 100 Hz. 21 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của bàn rung 30 Bảng 7.1: Các thông số của bộ điều khiển ba biến TVC 93 Bảng 7.2: Các thông số của bộ lọc 93 Bảng 7.3 : Thông số của bộ TVC tiến hành khảo sát sự thay đổi 94 Bảng 8.1: Bảng các thông số khi tiến hành mô phỏng 101 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC xii
15. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sóng địa chấn, sóng P và S [5] 7 Hình 2.2: Thành phần quan trọng sử dụng trong động đất [5] 8 (a) Hình học (b) Truyền sóng 8 Hình 2.3: Đáp ứng phổ của trận động đất El Centro năm 1940 10 Hình 2.4: Mâũ sư ̣ chuyển dic̣ h đôṇ g đất trong miền thờ i gian đươc̣ phân tích 11 Hình 3.1: Pha đẩy ra và rút về của bô ̣dâñ đôṇ g. [8] 13 Hình 3.2: Thể hiện sự vận hành của van xả an toàn[10] 15 Hình 4.1: Mô hình bàn rung 16 Hình 4.3: Hê ̣thống dao dôṇ g của lò xo 20 Hình 4.5: Lưu lươṇ g và tần số taị hành trình 10.16 cm 21 Hình 4.6: Xylanh 2 ti tác đôṇ g kép đươc̣ choṇ 22 Hình 4.8: Vị trí các bộ lọc trong hệ thống [9] 28 Hình 5.1:Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển 3 biến [10] 41 Hình 5.2: Mô phỏng một xung [10] 42 Hình 5.3: Biểu đồ Bode của bộ lọc Notch 42 Hình5.4: Hàm truyền tổng quát của bộ điều khiển 3 biến 43 Hình5.5: Hàm truyền của bộ hồi tiếp 43 Hình :6.1Mô hình van servo 44 Hình 6.2: Quan hệ giữa lực và vận tốc của bộ truyền piston 50 Hình6.3: Quan hệ giữa vị trí, vận tốc và góc pha 51 Hình 6.4:Mô hình lưu lượng chảy qua các lỗ trong quá trình đẩy ra và rút về 53 Hình 6.7:Mô hình của bộ truyền piston 1 đầu 55 Hình 7.1:Sơ đồ khối của bàn rung và mẫu thử 2D 60 Hình 8.5:Biên độ và pha của mô hình van servo-bộ truyền động-bàn rung-mẫu thử 81 Hình 8.1:Mạch hở của vanservo-bộ truyền-bàn rung 81 Hình 8.3:Mạch hở của vanservo-bộ truyền-bàn rung-mô hình 82 Hình 8.4:Mô hình đơn giản hóa 82 Hình 8.6:Sơ đồ điều khiển khoảng dịch chuyển của van servo -bộ truyền-bàn rung-mẫu với hồi tiếp lực, vận tốc, gia tốc và rung động 82 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC xiii
16. Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS. PHAN ĐỨC HUYNH Hình 8.7:TVC TVC Hình8.8:Sơ đồ khối của bộ điều khiển 89 Hình 8.10:(a1),(a2) ảnh hưởng của kp,(b1),(b2) ảnh hưởng của kBD 90 Hình 9.2:Sơ đồ rút gọn của bộ điều khiển 95 Hình 9.3 Sơ đồ mô phỏng của Van servo 96 Hình 9.7 Sơ đồ mô phỏng bộ truyền động 97 Hình 9.9: Sơ đồ mô phỏng mặt bàn rung 98 Hình 9.10 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống bàn rung 98 Hình 9.11 Gia tốc của bàn rung khi kiểm tra tín hiệu điều hòa 0.25g và tần số 4.1Hz 102 Hình 9.12 Vận tốc của bàn rung khi kiểm tra tín hiệu điều hòa 0.25g và tần số 4.1Hz 102 Hình 9.13 Vị trí của bàn rung khi kiểm tra tín hiệu điều hòa 0.25g và tần số 4.1Hz 102 Hình 9.14 Gia tốc khi kiểm tra tín hiệu là xung White Noise thời gian 0.01s và Noise power [0.5] 103 Hình 9.15 Vận tốc khi kiểm tra tín hiệu là xung White Noise thời gian 0.01s và Noise power [0.5] 103 Hình 9.16 Vị trí khi kiểm tra tín hiệu là xung White Noise thời gian 0.01s và Noise power [0.5] 103 Hình 9.17 Gia tốc khi kiểm tra tín hiệu Elcentro 104 Hình 9.18 Vận tốc khi kiểm tra tín hiệu Elcentro 104 Hình 9.18 Vị trí khi kiểm tra tín hiệu Elcentro 104 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC xiv
17. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Khám phá cácmối nguy hiểmcủa động đấtvàthiệt hại chocác tòa nhàbằngcáchxây dựngcác tòa nhàmô hìnhvàcho chúng dao độngmặt trênbề mặt của bàn rung. Trong nhiều năm qua nhờ bàn rung mà các công trình xây dựngdân dụngvà kỹ thuật công trình được thiết kế đểcó thể chịu được tác động của tảitrọng động vàđiềukiệnmôi trường thay đổi,nhờ vậy mà đảm bảo được tính kinh tế và an toàn của công trình. Động đất làmột phần củamôi trường này,không những ảnh hưởng đến cuộc sống vàtàisản con người mà còn có thể gây rahậu quả nghiêm trọnggián tiếp. Mô phỏngchính xácchuyển độngtrận động đấtlàmột thách thứcto lớn chocác nhà nghiên cứu vàchuyên gia.Bàn rungngày càngđược sử dụng nhiều tạicác trungtâm nghiên cứu động đấttrên toàn thế giới, vì nó làphương tiện duy nhấtthực sựtái tạo được gần nhất tác độngcủa hiệu ứngđộng đấtlêntrên các cấu trúc. Một hệ thốngtương đốiđơngiảnđã đượclắp ráp thể hiệnđầyđủcác chuyển độngđầuvàocủa hệ thốngbàn rung. Từ đóso sánh đáp ứngtín hiệu đầu vàocủa bànrung, trong cả miền thời gian vàmiền tần số, được sử dụng để đưa ra khả năng đo lường củamô phỏnglại trận động đất. Báocáonày thảo luận vềcấu tạo, lắp ráp vàcác kết quả về đặc tính riêng của đáp ứng của bàn rung. Một dãy dao động ngẫu nhiên trong quá trình động đất sẽ được hình thành nhờ vào sự kết hợp các chuyển động. Ngườitacó thể đưa ra các đáp ứng tương tự trên cơ sởcủa cấu trúc đượcrung độngtrong một môi trườngphòng thí nghiệmbằngcáchsửdụnggia tốc-thờigianđược ghi lạicủa các trậnđộng đất trong lịch sử. Thêm vào đó, phòng thí nghiệm cũng tiến hành mô phỏng mối quan hệ giữa độ HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 1
18. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH dịch chuyểnvà thời gian trong lịch sử cũng sẽcótác dụng tương tự. Đây là cơ sởchoviệc áp dụngcủa bàn rungđể mô phỏngtrận động đất.Thiết kếmột bàn rungtạo radao độngtheo chiều ngang. Điềunàyđược sử dụng chophân tíchcủacác dao độngtrong một cấu trúcthời giancủa trận động đất.Kiến trúc sư và kỹ sưchạymô phỏngsử dụng mô hìnhvà bàn rungđể kiểm tratính toàn vẹn củacác tòa nhà và xácđịnhcác gia cốcần thiết vàđể nghiên cứuđặc tính của cấu trúc động.Đây sẽ là thiết bị mô phỏng công trình xây dựng đầu tiên dựa vào sự mô phỏng động đất.Bàn rung là một thiết bị có thể thực hiện mô phỏng động đất hoặc đặt vào các tải động khác để kiểm tra mô hình hoặc các kết cấu. Có nhiều loại bàn rung nhưng có thể phân loại theo các phương thức vận hành dao động của nó như điều khiển bàn rung bằng điện, bằng thủy lực, bằng tay. Bàn rung có mối liên hệ rất gần với động đất do các thông số của nó được thiết kế tủy chỉnh gần giống với các thông số của động đất như gia tốc, chuyển vị, tần số và hành trình. Ngoài ra, bàn rung được điều khiển bằng thủy lực thì có nhiều ưu điểm hơn các phương thức vận hành khác. Bảng 1.1 liệt kê 1 số ưu điểm của việc sử dụng bàn rung thủy lực Bàn rung thủy lực Bàn rung điện 1.Có thể sử dụng cho nhiều kích cỡ tải Giới hạn tải trọng nhỏ và vừa 2. Các thông số như hành trình, vận Hầu hết các lần, các thông số tốc, tần số có thể được thay đổi 1 cách được thiết lập không thể thay dễ dàng phụ thuộc vào ứng dụng đổi Bảng 1.1: So sánh giữa bàn rung thủy lực và điện HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 2
19. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH Một số công trình về bàn rung thủy lực đã chế tạo thành công trên thế giới: 1. Hệ thống bàn rung INOVA là một trong những bàn rung hàng đầu hiện nay vì có thể mô phỏng được 6 bậc tự do. Hình 1.1: Mô hình bàn rung INOVA 6 và 3 bậc tự do [1] Hình 1.2: Mô hình bàn rung INOVA 1 bậc tự do [1] 2.Bàn rung ANCO mô hình 150-142 được dùng tại trường đại học Colombia, được điều khiển theo phương ngang với gia tốc 3g,chịu tải 2 tấn, hành trình 5 inch,diện tích bàn là (5ftx5ft),tần số: 0-100Hz. HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 3
20. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH Hình 1.3: Mô hình bàn rung ANCO [4] 3.Bàn rung NIED-Defense Nhật là bàn rung loại lớn với 3 bậc tự do, chịu tải 1200 tấn,kích thước (20mx15m),hành trình X,Y là 100cm,Z là 50cm Hình 1.4: Mô hình bàn rung NIED-Defense[5] Hiện tại đối với vấn đề ứng dụng bàn rung trong nghiên cứu động đất trong nước vẫn còn mới lạ và chưa được ứng dụng, với mong muốn đóng góp vào việc nghiên cứu phát triển các vấn đề về tính toán, thiết kế bàn rung cho nên học viên và HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 4
21. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH giáo viên hướng dẫn đã chọn đề tài:"Tính toán,thiết kế và mô phỏng bàn rung phục vụ trong nghiên cứu động đất" 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu chính: 1. Thiết kế bàn rung rung điều khiển bằng thủy lực cỡ trung để dùng như thiết bị mô phỏng động đất. 2. Thực hiên mô phỏng của bàn rung thủy lực sử dụng các kỹ thuật phân tích hệ thống động trong miền thời gian để khảo sát các đặc trưng tuyến tính giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra mong muốn. 1.3 Nhiệm vụ đề tài và giới hạn đề tài 1. Khảo sát bản chất và thuộc tính của động đất, sự liên hệ của nó đến các đại lượng được thiết kế cho bàn rung thủy lực. 2. Thiết kế vòng thủy lực hoàn chỉnh của mô hình bàn rung đơn giản cỡ trung dựa trên các thông số được chọn. 3. Rút ra các phương trình động lực học của hệ thống bàn rung thủy lực và phát triển 1 mô hình toán học cho toàn bộ hệ thống. 4. Thực hiện mô phỏng trên máy tính sử dụng phần mềm MATLAB Simulink theo phân tích miền thời gian, thiết kế hệ thống phản hồi và kiểm tra tính ổn định của toàn bộ hệ thống. 5. Tất cả mô phỏng được thực hiện trong khoảng giới hạn các thông số được chọn như khoảng tải trọng tối đa,khoảng tần số, trục bàn rung và khoảng gia tốc tối đa. Trong đề tài này, các hoạt động bị ràng buộc trong khoảng tần số 40Hz, gia tốc cực đại 1.5g và tải trọng cực đại là 4000 kg. Chương trình mô phỏng sẽ được lập trình bằng Simulink và tín hiệu đầu vào sẽ được gán vào sơ đồ khối. Các tín hiệu đầu vào để kiểm tra là tín hiệu bước, tín hiệu sóng và tín hiệu ngẫu nhiên. Điều quan trọng của đề tài này là thiết kế sơ bộ của bàn rung thủy lực cỡ trung và để có nhiều thuận lợi để sau này phát triển thiết bị này. Các nghiên cứu HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 5