20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机的研制

详细介绍自行研制的20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机,该试验机主要由主机加载系统、高温压力室与温控系统、辅机装料系统以及测试系统4个部分组成。最大轴压和侧压均为10 000 kN,试样尺寸为φ200 mm×400 mm,试样最高加热稳定温度为600℃。介绍试验机研制的关键技术难点和解决方案,与普通用于地球物理研究的高温高压试验机相比,具有如下显著特点:(1)试样大,是普通的高温高压试验机试样体积的64倍,可以更好地反映岩体的特性;(2)实现伺服控制加载,可以方便地研究岩体在各种温度下的变形特性;(3)具有研究渗透性、矿物热解过程的变形特性等多种功能;(4)具有在高温下施工钻孔并研究钻孔岩石蠕变特性的功能;(5)主要用于研究岩体的工程特性。采用该试验机进行煤试样在高温高压下的变形特性试验,揭示煤体在高温下的应力–应变特征,特别是高温下塑性强化特性、在塑性阶段无体积膨胀特性,发现其弹性模量随温度的增加呈指数衰减特性。该试验机可用于探索深部采矿、煤炭地下直接液化与气化、地热开采、矿山安全、建筑安全等工程领域深刻的科学规律与自然现象,为能源与资源开发提供原创性的思路与研究方向。

三峡花岗岩在不同加载方式下的能耗特征

采用RMT,MTS刚性伺服试验机,研究了三峡工程中隔墩花岗岩在三点弯曲断裂、劈裂拉伸、三轴压缩及单轴抗压等4种加载方式下的能耗特征。试验表明,在这4种方式中,三点弯曲断裂破坏的能耗最小,其次为劈裂拉伸、单轴抗压和三轴压缩。根据试验结果,在岩石工程中可以选择合理的破岩方式及加固方式。

岩石动态扰动伺服三轴试验系统的研制与应用

详细地介绍了自行研制的岩石动态扰动伺服三轴试验系统,该试验系统具有在常规三轴试验的同时进行动态扰动的功能。试验系统主要由轴向加载系统、围压加载系统、动态扰动加载系统和数据采集系统构成,试验系统能达到的最大轴向荷载为2000kN,最大围压为70MPa,所能施加的最大扰动荷载为300kN,扰动荷载的最高频率可达到70Hz。运用所研制的试验系统,对大理岩进行了一组单轴压缩过程中的动态扰动试验。试验结果表明:当扰动荷载频率相同时,振幅越大,扰动至岩样破坏时经历的时间越短;反之,振幅越小,扰动至破坏时经历的时间越长。从破坏模式来看,扰动力作用下大理岩破坏较为散碎,扰动荷载振幅越小,散碎程度越高。试验机系统稳定、可靠性较高,该试验系统值得在进行深部岩石力学性质研究中推广应用。

液压软管脉冲试验机电液伺服系统的设计与研究

随着我国飞机、汽车、工程机械的快速发展,对液压系统的管路及附件的耐压性、抗冲击性及其可靠性提出了更高的要求。根据对液压软管的液压脉冲实验要求设计了液压软管压力脉冲试验机电液伺服系统,并针对正弦波、水锤波的不同类型输入信号对系统进行了仿真研究,根据试验机周期性测试任务以及电液伺服系统非线性的特点,采用了重复控制和PID控制的复合控制策略,仿真结果表明此控制方法可以提高压力跟踪精度、动态特性和系统的鲁棒性。通过设计基于Lab VIEW虚拟仪器和PLC的测控系统,对系统进行实验研究。仿真结果和实验结果研究相比表明,所设计的液压伺服系统可以满足用户提出的严格测试要求。

MTS815全数字型液压伺服试验机及其应用

对MTS815型伺服试验机的控制系统进行了升级改造。概述了该试验系统的硬件组成和软件功能。利用该试验系统成功地完成了大量的岩石和混凝土材料的力学性质实验。应用表明,经过全数字化升级后的控制系统的技术指标先进、性能稳定,控制功能增强,操作方式简便。

电液伺服疲劳试验机优化控制初探

针对疲劳试验机因试样刚度、油温、内泄漏等系统参数发生变化所引起的控制效果不良的问题,提出了一种在线优化控制器参数的方法。通过监控计算机对疲劳试验机的过程参数进行在线辨识,用对ITAE目标函数求取极小值的方法对PID参数进行优化,得到适合于当前工况的控制器参数。该过程在监控计算机中每隔10min自动运行一次,并通过总线把优化后的PID参数传递给控制器用于实时控制。与传统的根据操作者经验整定PID参数的方法相比,简化了操作过程,有效提高了系统的频响及动态性能。

伺服控制土石混合体压力渗透仪研究

土石混合体渗流特性的研究对于工程建设、土石混合体滑坡的防治有重要意义。总结了前人对于堆石料渗透试验仪的研究,其特点在于渗透筒的大尺寸、供水系统、供水压力的控制;透水板、制样方法、筒壁防渗对于试验的影响。周中等自制的常水头渗透仪,主要对土石混合体渗透系数及其影响因素进行研究。本文研制的伺服控制土石混合体压力渗透仪能够准确伺服控制供水压力和供水速度,提供不超过2MPa的高水压,调节试样渗流速度,操作方便,能够有针对性的研究土石混合体的渗流特性。

对目前岩石“全曲线”测试的若干看法

从电液伺服岩石压力试验机工作机理的角度,对目前岩石应力-应变全过程曲线(以下简称“全曲线”)测试中的一些问题进行了分析,提出了自己的看法,目的是为了解决“全曲线”测试的2个问题,即如何测出“全曲线”;如何使测出的“全曲线”真实反映岩石的力学特性,并将其用到工程中。

全伺服式中等应变率三轴试验系统的研制及应用

开展中等应变率试验将有利于理解全应变率空间材料力学特性的率效应特征。为弥补国内外中等应变率试验设备的不足,自主研制RMT401全数字伺服式中等应变率三轴试验系统,主要由3个子系统组成:高频轴向加载系统、全数字围压伺服控制系统与数据采集系统。该系统具备轴向加载和围压的伺服控制功能,实现了动态试验中轴向应变率的稳定加载与围压波动的控制。另外,荷载和变形等参数的高精度量测可获取中等应变率范围(10^(-2)~10^(0)s^(-1))岩石的动态力学特性。为研究应变率和围压对岩石材料力学特性的影响,对红砂岩试样开展中等应变率动三轴试验,结果表明:中等应变率加载条件下,试样加载持时的变化范围为数十毫秒至数十秒;应变率的增加将导致加载持时呈指数递减的变化趋势,而围压的增加将导致加载持时整体增加;不同应变率条件下,材料峰值强度的应变率效应特征可通过幂函数方程描述;不同围压条件下,Mohr-Coulomb与Hoek-Brown破坏准则对材料峰值强度均具有较好的拟合效果,红砂岩的黏聚力c=22.8 MPa,内摩擦角φ=38°,材料常数m=12.1;试样破坏模式主要包括单破裂面和双破裂面2种类型,且随应变率和围压的增加逐渐从单破裂面转换为双破裂面类型;双破裂面所对应破裂角的平均值β分别为58.3°与-58.2°,与Mohr-Coulomb理论计算所得潜在破裂面的破裂角β=±64°接近。

重复控制算法在脉冲试验机中的应用

重复控制算法对于周期输入信号可重复修正,具有精度高、鲁棒性强的特点。将重复控制算法引入试验机的控制回路中,进行电液伺服压力脉冲试验机的周期性试验。基于AMESim软件建立了试验机的电液伺服系统和重复控制算法模型。仿真结果表明,重复控制算法有效地提高了系统的稳态跟踪精度,跟踪误差明显减小。