地层变形模拟试验台研究

论文摘要

目前关于模拟地基升降试验的研究,基本上都是在小比例尺模拟试验平台上开展的,用小比例尺平台对整个地质断面的特征进行模拟时所得结果误差较大,因其没有足够的尺寸来模拟地层的变化曲面,所以模拟结果与实际情况吻合度小。而研制大比例尺模拟试验台,国内外都寥寥无几,更没有成熟的经验可以借鉴。本文研制的大比例尺模拟试验台规模较大、可模拟的升降范围大、适用性强、适用范围广,可以作为一种研究地层变形特性的综合性平台。本文开展的主要研究内容如下：讨论试验台的总体方案,得出本试验台是由活动面板系统、支撑面板的升降系统、控制系统以及相关的配套支持系统等构成。各子系统在工作时需要相互协调一致,使整个试验台的面板能够按照程序设定的要求缓慢的升降变化,从而近似的模拟地基表层的实际变形过程。分析升降系统常见的几种使用方案,确定升降系统采用电动机+减速机+升降机的方案比较合理可靠,其中升降机采用蜗轮蜗杆机构+螺旋顶升机构更为安全稳定。利用前期实验研究的资料,计算出升降机构中摩擦系数的实际值。设计、分析及校核螺旋升降装置和蜗轮蜗杆传动装置的所有元件,并对升降系统的电动机和减速机进行选型与匹配。利用有限元原理,采用ANSYS软件,对设计的试验台系统中两个关键性部件,三角形面板和六点台板支座进行静态有限元分析,得到这两个主要构件的应力、应变和总体变形的分析结果,并提出对局部结构进行改进与优化的方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 建立试验平台的背景介绍
• 1.1.1 地面沉降
• 1.1.2 地面裂缝
• 1.2 目前的研究方法
• 1.3 试验平台的用途
• 1.4 课题的研究内容
• 第二章 试验台的总体设计方案
• 2.1 试验台的功能
• 2.2 试验台的总体规模
• 2.3 试验台的特征描述
• 2.4 支座的设计及方案的选取
• 2.4.1 面板支座的设计要求
• 2.4.2 方案的选取
• 2.5 试验台的研究内容
• 2.6 本章小结
• 第三章 升降装置的选择及力学分析
• 3.1 升降装置传动方式的选择
• 3.1.1 液压升降系统
• 3.1.2 气压升降系统
• 3.1.3 机械升降系统
• 3.2 升降机构的运动分析
• 3.2.1 蜗轮蜗杆机构的运动分析
• 3.2.2 螺旋顶升机构的运动分析
• 3.2.3 升降机的运动分析
• 3.2.4 升降机运动过程的性能分析
• 3.2.5 升降机的自锁性分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 升降装置的设计
• 4.1 螺旋传动机构的设计
• 4.1.1 螺纹的形式确定
• 4.1.2 螺旋传动的分析
• 4.1.3 螺杆的强度计算
• 4.1.4 螺母的设计与计算
• 4.1.5 螺杆的稳定性计算
• 4.2 蜗轮蜗杆的传动设计
• 4.2.1 蜗杆形式的选定
• 4.2.2 圆柱蜗杆的设计参数及几何尺寸计算
• 4.3 蜗杆的刚度校核
• 4.3.1 弯曲刚度校核
• 4.3.2 扭转刚度校核
• 4.4 驱动电动机与减速机的选型
• 4.4.1 对驱动电动机的要求
• 4.4.2 电动机选择
• 4.4.3 对减速机的要求
• 4.4.4 常见减速机型式
• 4.5 本章小结
• 第五章 试验台中关键构件的有限元计算
• 5.1 有限元分析
• 5.1.1 有限元的基本思想
• 5.1.2 构件选取的单元类型
• 5.2 试验台中关键构件的分析
• 5.2.1 建立三角形面板的模型
• 5.2.2 划分网格
• 5.2.3 边界条件和载荷
• 5.2.4 静态有限元分析
• 5.2.5 结果分析
• 5.3 台板支座
• 5.3.1 建立台板支座的模型
• 5.3.2 划分网格
• 5.3.3 载荷和边界条件
• 5.3.4 静态有限元分析
• 5.3.5 结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 就读硕士学位期间的研究成果
• 致谢