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 TOÁN, 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 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 năm 2014 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 thông 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 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 QUÁ TRÌNH CÔNG 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 Công việc đảm nhiệm QLSX Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu 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 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 hoàn 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 suốt trình thực luận văn.Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình người thân động viên, khuyến khích suốt trình nghiên cứu HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC iv Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH TÓM TẮT Kỹ thuật xử lý tính toán kết cấu công 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 toán dao động ảnh hưởng kết cấu giới hạn dạng mô hình toán học,thường đơn giản so với kết cấu phức tạp thực tế Do mà bàn rung công cụ hữu dụng nghiên cứu mô động đất cho kết cấu công trình Và mục đích đề tài tính toán,thiết kế mô mẫu bàn rung thủy lực hạng trung có bậc tự để tiến hành mô động đất kiểm tra mô 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 mô hình toán học hệ thống tính toán thông số ảnh hưởng đến toàn hệ thống thông số điều khiển, độ nhiễu trạng thái ổn định hệ thống, mô miền thời gian để phân tích dự đoán đáp ứng hệ thống HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC v 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 Luận VănTốt Nghiệp HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH vii 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 TOÁN THIẾT KẾ THƢ̣C TẾ 15 3.1 Giới thiệu 15 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC viii Luận Văn Tốt Nghiệp HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH 108 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC B Chọn ống dẫn HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 109 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC B Chọn bơm HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 110 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC C Chọn vật liệu HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 111 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC D Chọn kích thƣớc piston-xi lanh HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 112 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCE Chọn dầm chữ I HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 113 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCF Chọn van servo HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 114 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCG HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 115 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC H HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 116 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤC I HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 117 Luận Văn Tốt Nghiệp HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH 118 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 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 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH PHỤ LỤCM HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 121 [...]... toán, thiết kế bàn rung cho nên học viên và HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 4 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. .. nghiên cứu ặc 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. .. chuyểnvà thời gian trong lịch sử cũng sẽcótác dụng tương tự Đây là cơ sởchoviệc áp dụngcủa bàn rung ể 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 rung ể kiểm tratính toàn vẹn củacác tòa nhà và xácđịnhcác gia cốcần thiết và ể nghiên. .. 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,. .. tra kết quả tính toán ,mô phỏng kết quả Kế hoạch thực hiện - Bước 1: Nghiên cứu tài liệu về động đất, thủy lực,hệ thống điều khiển,matlab - Bước 2 :Tính toán sơ bộ hệ thống thủy lực, lựa chọn thiết bị thủy lực - Bước 3 :Tính toán sơ bộ kích thước bàn rung, xây dựng mô hình vật lý - Bước 4:Xây dựng mô hình toán học,giải bài toán động lực học - Bước 5:Xây dựng mô hình điều khiển của bàn rung - Bước 6 :Mô phỏng. .. đề nghiên cứu Khám phá cácmối nguy hiểmcủa động đấtvàthiệt hại chocác tòa nhàbằngcáchxây dựngcác tòa nh mô 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 và iềukiệnmôi trường thay đổi,nhờ vậy mà đảm bảo được tính kinh tế và an toàn của công trình Động. .. phát triển thiết bị này Các nghiên cứu HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 5 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH trong tương lai thuộc lĩnh vực này sẽ rất lý thú khi nó có thể phát triển nhiều thiết kế liên quan đến bàn rung thủy lực Phƣơng pháp nghiên cứu 1.4 - Dựa vào lý thuyết về động đất, hệ thống điều khiển, bộ truyền động thủy lực và kết cấu bàn rung thông qua nghiên cứu các tài liệu trong nước và nước... 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. .. hiệu ứngđộng đấtlêntrên các cấu trúc Một hệ thốngtương đốiđơngiảnđã đượclắp ráp thể hiệnđầyđủcác chuyển động ầuvàocủa 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. .. 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