(Luận văn thạc sĩ hcmute) tính toán, thiết kế và mô phỏng bàn rung phục vụ trong nghiên cứu động đất

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 TỐN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BÀN RUNG PHỤC VỤ TRONG NGHIÊN CỨU ĐỘNG ĐẤT S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 Luan van 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 TỐN, THIẾT KẾ VÀ MƠ 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 năm 2014 Luan van 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 riêng địa liên lạc: 88/15/30, KP Vĩnh Thuận, P.Long Bình, Q9,TP Hồ Chí Minh Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0902298133 Fax: E-mail: Fujihandsome@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Cao đẳng 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 môn thi tốt nghiệp: Lý thuyết sở (Sức bền vật liệu), lý thuyết chuyên môn (Nguyên lý cắt gọt kim loại) Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: Đại học: Hệ đào tạo: Đại học liên thơng 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 Luan van Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH Ngành học: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tên đồ án, luận án 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 thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian 08/2008 đến Công ty TNHH PUNGKOOK SAIGÒN II HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC ii Luan van Công việc đảm nhiệm QLSX Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 04 năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Phúc HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC iii Luan van Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Xây Dựng Cơ Học Ứng Dụng Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy TS Phan Đức Huynh, dù bận rộn với công việc giảng dạy thầy dành thời gian quan tâm, hướng dẫn, bảo tận tình cho tơi suốt q trình thực luận văn.Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình người thân động viên, khuyến khích suốt trình nghiên cứu HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC iv Luan van Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH TÓM TẮT Kỹ thuật xử lý tính tốn kết cấu cơng trình năm gần có nhiều tiến triển Dao động kết cấu chịu ảnh hưởng động đất phải đo lường cải tiến để chống lại tác hại động đất.Tuy nhiên việc tính tốn dao động ảnh hưởng kết cấu giới hạn dạng mơ hình tốn học,thường đơn giản so với kết cấu phức tạp thực tế Do mà bàn rung công cụ hữu dụng nghiên cứu mơ động đất cho kết cấu cơng trình Và mục đích đề tài tính tốn,thiết kế mô mẫu bàn rung thủy lực hạng trung có bậc tự để tiến hành mơ động đất kiểm tra mơ hình cấu trúc phức tạp Dự án thực với điều khiển ba biến , van servo truyền động ,hệ thống bàn rung hệ thống cung cấp lượng.Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống tính tốn thơng số ảnh hưởng đến tồn hệ thống thơng số điều khiển, độ nhiễu trạng thái ổn định hệ thống, mơ miền thời gian để phân tích dự đoán đáp ứng hệ thống HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC v Luan van 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 Luan van Luận VănTốt Nghiệp HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH vii Luan van 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 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.1 Giới thiệu: .7 2.1.2 Độ lớn cƣờng độ động đất .8 2.1.3 Báo cáo lại vận chuyển mặt đất .9 2.1.4 Phân tích miền thời gian vận động mặt đất động đất 10 2.2 Thiết kế bƣớc vòng lặp thủy lực 11 Chƣơng 3:TÍNH TỐN THIẾT KẾ THƢ̣C TẾ 15 3.1 Giới thiệu 15 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC viii Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH 108 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC B Chọn ống dẫn HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 109 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC B Chọn bơm HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 110 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC C Chọn vật liệu HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 111 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC D Chọn kích thƣớc piston-xi lanh HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 112 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCE Chọn dầm chữ I HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 113 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCF Chọn van servo HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 114 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCG HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 115 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC H HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 116 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC I HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 117 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH 118 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCK n=20; dt=0.01; t(1)=0; for(i=1:n) t(i+1)=t(i)+dt; end disp('nhap ma tran cung va ma tran khoi luong'); k=[12630 52270 5750;0 201606 300000*sin(2*pi*t(i)); 5750 300000*sin(2*pi*t(i))+12020 195630] m=[1200 399.6;0 1200 0;399.6 1133]; c=44600*[1 0.115;0 0;0 0.0132]; disp('matran cung k='); disp(k); disp('matran khoi luong m='); disp(m); disp('matran giam chan c='); disp(c); u=[0;0;0]; ud=[0;0;0]; udd=[0;0;0]; alpha=1/2; gamma=1/6; a0=1/(alpha*dt^2); a1=gamma/(alpha*dt); a2=1/(alpha*dt); a3=(1/(2*alpha))-1; a4=(gamma/alpha)-1; a5=((gamma/alpha)-2)*(dt/2); a6=dt*(1-gamma); a7=gamma*dt; keff=k+a0*m+a1*c for(i=1:n) f=[100000*sin(2*pi*t(i));-41700;11500*sin(2*pi*t(i))]; s=m*(a0*u+a2*ud+a3*udd)+c*(a1*u+a4*ud+a5*udd); feff=f+s; disp('luc feff::') disp(feff) templ=u; u=inv(keff)*feff; temp=udd; udd=a0*(u-templ)-a2*(ud)-a3*udd; ud=ud+a6*temp+a7*udd; disp('cap nhat gia tri u') disp(u); disp('cap nhat gia tri ud') disp(ud); disp('cap nhat gia tri udd') disp(udd) end HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 119 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCL function GNOT f0 = 10 ;% tan so bw = 5;%chieu rong dai depth = 0.8;% chieu sau T = 0.01;% chu ki lay mau k1 =-cos(2*pi*f0*T); a = 1-tan(pi*bw*T); b=1+tan(pi*bw*T); k2=a/b; a1 =k1*(1+k2); a2=k2; w0=1+depth/2; w1=-depth/2; syms z%khai bao bien num=[w1+w0*a2 (w0+w1)*a1 w0+w1*a2] den=[a2 a1 1]; hold on; [numc,denc]=d2cm(num,den,T,'tustin') bode(numc,denc); G=tf(numc,denc); Gcom=G*G*G*G*G kp=1.5; Gd=-kp*Gcom; kv=0.35; Gv=-kv*Gcom; ka=0.45; Ga=ka*Gcom; kdp=-0.15; num1=[1 0];den1=[1 0.7071 0.25]; Gdp=tf(num1,den1); Gf=kdp*Gcom*Gdp; num2=[1 0 0];den2=[1 2.4140 1.2066 0.4998]; Gra=tf(num2,den2); num3=[1 0 0];den3=[1 2.4140 1.2066 0.4998 0]; Grd=tf(num3,den3); num4=[1 0 0];den4=[1 2.4140 1.2066 0.4998 0]; Grv=tf(num4,den4); num5=[1 0 0];den5=[1 2.4140 1.2066 0.4998];kjf=0.0004; Grj=tf(num5,den5); Gr=Gcom*(kp*Grd+kv*Grv+ka*Gra+kjf*Grj);bode(Gr) HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 120 Luan van Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCM HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 121 Luan van Luan van