(Luận văn thạc sĩ) 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 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 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 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 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 CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian 08/2008 đến Cơng ty TNHH PUNGKOOK SAIGỊN 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 cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng 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 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 Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH 3.2 Xác định lực động tác dụng lên dẫn động 16 3.3 Xác định kích thƣớc nhỏ cho đƣờng kính pittong 17 3.4 Xác định lƣu lƣợng 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 tốn công suất lý thuyết 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 dẫn động cho đƣờng hút .27 3.12 Vị trí lọc 27 3.13 Hệ thống làm lạnh 28 3.14 Kết cấu bàn rung dẫn động 28 3.15 Các thông số kĩ thuật cuối hệ thống thiết kế 29 3.16 Tóm tắt 30 Chƣơng 4:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BIẾN (TVC) .32 4.1 Hàm truyền điều khiển biến(TVC): 32 4.1.1Bộ điều khiển 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 van Servo thủy lực: 43 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC ix Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH 5.1.1 Phƣơng trình lƣu lƣợng tải: 47 5.2Van servo hệ thống tiêu chuẩn dạng sóng khơng xác định tối thiểu: …………………………………………………………………………….52 5.3 Bộ truyền động đầu: .55 5.4 Mô hình tích trữ: 57 Chƣơng 6:MƠ HÌNH LẮP RÁP 2D CỦA BÀN RUNG 58 6.1 Giới thiệu: 58 6.2 Ma trận khối lƣợng mặt phẳng bàn rung: .61 6.3 Lực tác dụng 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 mẫu thí nghiệm: 70 6.9 Thể chi tiết phƣơng trình chuyển động: 71 6.10 Phƣơng trình chuyển động tuyến tính hệ thống khung trƣợt tầng: …………………………………………………………………………….72 Chƣơng :HỆ THỐNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CỦA BÀN RUNG 76 7.1 Hàm truyền tuyến tính hệ thống mạch hở mạch kín bàn rung: …………………………………………………………………………….76 7.1.1Hàm truyền cho hệ thống mạch hở bàn rung: 76 7.1.2Hàm truyền mạch kín: 83 7.2Tƣơng tác điều khiển -bàn phẳng- kết cấu: .83 7.2.1Bộ điều khiển ba giá trị: 84 7.3Ảnh hƣởng hệ số khuếch đại TVC hàm truyền mạch kín: 89 HVTH:NGUYỄN VĂN PHÚC x Luận VănTốt Nghiệp GVHD: TS PHAN ĐỨC HUYNH Chƣơng 8:MÔ PHỎNG BÀN RUNG 95 8.1 Bộ điều khiển 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 thơng số tính tốn tiến hành mô 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 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Khám phá cácmối nguy hiểmcủa động đấtvàthiệt hại chocác tịa nhàbằngcáchxây dựngcác tịa nhàmơ hìnhvàcho chúng dao độngmặt trênbề mặt bàn rung Trong nhiều năm qua nhờ bàn rung mà cơng trình xây dựngdân dụngvà kỹ thuật cơng trình thiết kế đểcó thể chịu tác động tảitrọng động vàđiềukiệnmôi trường thay đổi,nhờ mà đảm bảo tính kinh tế an tồn cơng trình Động đất làmột phần củamơi trường này,khơng ảnh hưởng đến sống vàtàisản người mà cịn gây rahậu nghiêm trọnggián tiếp Mơ 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 tồn giới, làphương tiện nhấtthực sựtái tạo gần tác độngcủa hiệu ứngđộng đấtlêntrên cấu trúc Một hệ thốngtương đốiđơngiảnđã đượclắp ráp thể hiệnđầyđủcác chuyển độngđầuvàocủa hệ thốngbàn rung Từ đóso sánh đáp ứngtín hiệu đầu vàocủa bànrung, miền thời gian vàmiền tần số, sử dụng để đưa khả đo lường củamô phỏnglại trận động đất Báocáonày thảo luận vềcấu tạo, lắp ráp vàcác kết đặc tính riêng đáp ứng bàn rung Một dãy dao động ngẫu nhiên trình động đất hình thành nhờ vào kết hợp chuyển động Ngườitacó thể đưa đáp ứng tương tự sởcủa cấu trúc đượcrung độngtrong mơi trườngphịng thí nghiệmbằngcáchsửdụnggia tốc-thờigianđược ghi lạicủa trậnđộng đất lịch sử Thêm vào đó, phịng thí nghiệm tiến hành mô mối quan hệ độ HVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC 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 ...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 NGÀNH: KỸ... hình bàn rung NIED-Defense[5] Hiện vấn đề ứng dụng bàn rung nghiên cứu động đất nước lạ chưa ứng dụng, với mong muốn đóng góp vào việc nghiên cứu phát triển vấn đề tính toán, thiết kế bàn rung. .. NGUYỄN VĂN PHÚC Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD:TS.PHAN ĐỨC HUYNH giáo viên hướng dẫn chọn đề tài: "Tính tốn ,thiết kế mơ bàn rung phục vụ nghiên cứu động đất" 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu