專(zhuān)利名稱(chēng)：多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，屬于落錘沖擊實(shí)驗(yàn)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建(構(gòu))筑物在使用年限中要承受各種環(huán)境荷載，例如，拆除爆破施工中的結(jié)構(gòu)倒塌觸地、結(jié)構(gòu)周?chē)膹?qiáng)夯施工、爆炸沖擊荷載以及意外事 件產(chǎn)生的沖擊荷載等，這些事件產(chǎn)生的能量以波的形式向四周傳播，結(jié)構(gòu)在波到達(dá)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生。由于本實(shí)驗(yàn)所研究的內(nèi)容涉及到人類(lèi)的生產(chǎn)生活安全，已引起許多學(xué)者的關(guān)注。環(huán)境激勵(lì)作用屬于典型的高加載率多次沖擊現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外有關(guān)這方面的研究很多，主要通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)研究及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬這三種方法?，F(xiàn)有的成果集中在理論分析和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，但獲得的成果并不能應(yīng)用于實(shí)際，只有定性分析。主要原因有三個(gè)方面(1)研究?jī)?nèi)容為高加載率下動(dòng)力學(xué)過(guò)程，現(xiàn)有的理論研究不足，均建立在大量的假設(shè)條件下；
(2)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬成果較多，但數(shù)值模擬需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)來(lái)推導(dǎo)出材料參數(shù)；(3)實(shí)驗(yàn)研究很少，目前沒(méi)有模擬高加載率多次沖擊的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)有數(shù)據(jù)均來(lái)自場(chǎng)地爆炸測(cè)試。爆炸是典型的高加載率動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，而現(xiàn)有的環(huán)境荷載也均呈現(xiàn)爆炸力學(xué)特性，所以爆炸測(cè)試是模擬環(huán)境荷載的最佳方法。但最近幾年場(chǎng)地爆炸測(cè)試實(shí)驗(yàn)方面做的較少，主要是因?yàn)檎ㄋ幍奶峁┖捅茖?shí)施的審批，現(xiàn)今炸藥由當(dāng)?shù)毓膊块T(mén)嚴(yán)格控制，審批過(guò)程更是相當(dāng)困難。現(xiàn)有的其他方式尚不能模擬高加載率多次沖擊現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)研究最終目的是對(duì)建(構(gòu))筑物的安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。而建(構(gòu))筑物的固有頻率是2 10Hz，環(huán)境荷載以振動(dòng)波的形式釋放能量，并且大部分高頻振動(dòng)波被耗散在地表下的巖土介質(zhì)中，到達(dá)建(構(gòu))筑物地基處的為低頻振動(dòng)波，并且2 10Hz的低頻振動(dòng)波能夠與建(構(gòu))筑物發(fā)生共振，放大振動(dòng)效應(yīng)。所以針對(duì)低頻振動(dòng)波的特性，有些學(xué)者提出的以落錘沖擊建(構(gòu))筑物附近地表的方式來(lái)研究環(huán)境荷載下建構(gòu)筑物的安全。落錘實(shí)驗(yàn)是利用落錘重力自由下落沖擊的實(shí)驗(yàn)，一般沖擊地表，模擬低頻振動(dòng)波。但此方法是用單落錘沖擊，并不符合環(huán)境荷載的力學(xué)本質(zhì)，只能作為概化研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案
多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括電磁鐵升降導(dǎo)輪箱、單片機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、η個(gè)落錘裝置、兩個(gè)布局在同一高度的落錘升降導(dǎo)輪，η為大于I的自然數(shù)；其中所述η個(gè)落錘裝置中，每一個(gè)落錘裝置包括一個(gè)落錘、一個(gè)吸盤(pán)電磁鐵，以及穿過(guò)落錘中心、吸盤(pán)電磁鐵中心的控制繩索；鋼絲繩索的兩端繞過(guò)所述兩個(gè)落錘升降導(dǎo)輪的導(dǎo)軌后分別與電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的兩個(gè)側(cè)壁固定連接；落錘裝置通過(guò)控制繩索導(dǎo)入電磁鐵升降導(dǎo)輪箱腔體內(nèi)，再經(jīng)電磁鐵升降導(dǎo)輪箱側(cè)壁的導(dǎo)向孔導(dǎo)出；所述卷?yè)P(yáng)機(jī)與從電磁鐵升降導(dǎo)輪箱側(cè)壁導(dǎo)出的控制繩索連接。所述多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，電磁鐵升降導(dǎo)輪箱包括η個(gè)導(dǎo)輪，一個(gè)導(dǎo)輪對(duì)應(yīng)控制一個(gè)落錘裝置的升降，每一個(gè)導(dǎo)輪通過(guò)穿過(guò)其中心的支撐桿固定在電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的內(nèi)側(cè)壁上，每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)輪之間的豎直距離為導(dǎo)輪的厚度。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果實(shí)現(xiàn)了高頻振動(dòng)條件下的加載試 驗(yàn)；通過(guò)多毫秒級(jí)延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電磁鐵電路的毫秒延時(shí)開(kāi)關(guān)，形成脈沖序列荷載，模擬實(shí)際環(huán)境荷載。


圖I為多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖。圖2為落錘裝置的組裝示意圖。圖3為電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖4為利用多落錘毫秒級(jí)加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)做加載實(shí)驗(yàn)的示意圖。圖5為利用多落錘毫秒級(jí)加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)做加載實(shí)驗(yàn)時(shí)布置測(cè)點(diǎn)的示意圖。圖6為51單片機(jī)毫秒延時(shí)電路設(shè)計(jì)電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
如圖I所示的多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括電磁鐵升降導(dǎo)輪箱、單片機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、5個(gè)落錘裝置、布局在同一高度的落錘升降導(dǎo)輪A和落錘升降導(dǎo)輪B。落錘升降導(dǎo)輪Α、落錘升降導(dǎo)輪B通過(guò)其中心處的連軸與三腳架固定連接。繩索兩端穿過(guò)落錘升降導(dǎo)輪Α、落錘升降導(dǎo)輪B的導(dǎo)軌后分別與電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的左右側(cè)壁固定連接。落錘升降導(dǎo)輪A為雙導(dǎo)輪。如圖2所示的落錘裝置高度控制繩索穿過(guò)落錘垂頭的中心、吸盤(pán)電磁鐵中心，吸盤(pán)電磁鐵至于鋼套內(nèi)部。電磁鐵即是由五個(gè)吸盤(pán)電磁鐵構(gòu)成的復(fù)合裝置，電磁鐵電源線即將五個(gè)吸盤(pán)電磁鐵的電源線捆扎在一起；選擇吸盤(pán)電磁鐵的主要的參數(shù)是吸盤(pán)電磁鐵產(chǎn)生的吸力是否能夠提升落錘，根據(jù)對(duì)市場(chǎng)吸盤(pán)電磁鐵產(chǎn)品調(diào)查，吸盤(pán)電磁鐵的外徑應(yīng)該小于落錘的外徑，但不會(huì)相差很多。電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示包括5個(gè)導(dǎo)輪，每一個(gè)導(dǎo)輪通過(guò)穿過(guò)其中心的支撐桿固定在電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的內(nèi)側(cè)壁上。導(dǎo)輪依據(jù)圖中規(guī)律置放，即每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)輪之間的豎直距離為導(dǎo)輪的厚度，一個(gè)導(dǎo)輪對(duì)應(yīng)控制一個(gè)落錘裝置的升降。每一個(gè)落錘裝置中的高度控制繩索通過(guò)電磁鐵升降導(dǎo)輪箱底部留有的導(dǎo)線孔引入電磁鐵升降導(dǎo)輪箱。每一個(gè)落錘裝置中的電磁鐵電源線、電磁鐵升降導(dǎo)輪箱中五個(gè)導(dǎo)輪的電源線分別與單片機(jī)連接，高度控制繩索繞過(guò)導(dǎo)輪的導(dǎo)軌后分別與卷?yè)P(yáng)機(jī)連接。圖6為51單片機(jī)毫秒延時(shí)電路設(shè)計(jì)圖，J2、J3、J4為電路插件，用于引入、引出51單片機(jī)信號(hào)。利用51單片機(jī)的自帶延時(shí)功能，或者軟件編程實(shí)驗(yàn)毫秒延時(shí)電路的功能。首先對(duì)五個(gè)吸盤(pán)電磁鐵通電，由產(chǎn)生的電磁力吸住落錘。再由單片機(jī)對(duì)這五個(gè)吸盤(pán)電磁鐵逐個(gè)進(jìn)行斷電，相鄰兩個(gè)電磁鐵的斷電間隔時(shí)間可達(dá)到毫秒級(jí)別，可通過(guò)調(diào)整單片機(jī)中的延時(shí)時(shí)間來(lái)選擇不同的時(shí)間間隔，即五個(gè)落錘釋放下落的間隔時(shí)間。由于五個(gè)落錘均為自由落體運(yùn)動(dòng)且下落高度相同，五個(gè)落錘釋放下落的間隔時(shí)間即為五個(gè)落錘沖擊地面的間隔時(shí)間，這在數(shù)學(xué)上可用脈沖函數(shù)來(lái)表示，即形成脈沖序列荷載。環(huán)境突發(fā)事故通常產(chǎn)生連續(xù)次沖擊，如地震、拆除爆破中大塊體觸地振動(dòng)、連環(huán)爆炸事故、連續(xù)微差爆破等等，可認(rèn)為是脈沖序列荷載。落錘的數(shù)量原則上設(shè)計(jì)越多越好，這樣可以模擬多種環(huán)境荷載，可依據(jù)不同的環(huán)境荷載來(lái)選擇落錘數(shù)量，但局限于裝置的規(guī)模大小及性?xún)r(jià)比，擬采用五個(gè)。5個(gè)落錘裝置需要等間隔布局在電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的底部更便于加工。利用如圖4所示的多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)做落錘加載實(shí)驗(yàn)，具體步驟如下
步驟1，將穿過(guò)落錘升降導(dǎo)輪A、落錘升降導(dǎo)輪B的導(dǎo)軌繩索的兩端分別與電磁鐵升降 導(dǎo)輪箱的左右側(cè)壁固定連接；
步驟2，保證高度一致地得安置三腳架可通過(guò)先設(shè)置一個(gè)三腳架，在頂部系一重物，畫(huà)出重物在地面的投影點(diǎn)，并測(cè)量重物投影點(diǎn)到三腳架底部的三個(gè)距離，依據(jù)此數(shù)據(jù)安置另一三腳架；
步驟3，將落錘裝置裝置與電磁鐵升降導(dǎo)輪箱相連，并把電磁鐵升降箱與落錘導(dǎo)輪A、B中的鋼絲繩連接到卷?yè)P(yáng)機(jī)，提升電磁鐵升降導(dǎo)輪箱至現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)定的高度；
步驟4，在每個(gè)落錘裝置下部放置保護(hù)網(wǎng)，保護(hù)網(wǎng)的內(nèi)徑大于鋼套的外徑；
步驟5，按照?qǐng)D5所示的測(cè)點(diǎn)示意圖，在每一個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝測(cè)振儀器，打開(kāi)測(cè)振儀器，接通加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路開(kāi)始加載實(shí)驗(yàn)；
步驟6，待單片機(jī)控制延時(shí)電路斷電后，導(dǎo)出各測(cè)點(diǎn)測(cè)振儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量數(shù)據(jù)與原有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)均變現(xiàn)為信號(hào)形式，即波形函數(shù)。通過(guò)對(duì)同一場(chǎng)地條件或建筑進(jìn)行測(cè)試，得到的同一測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)波形函數(shù)，即本發(fā)明裝置和實(shí)際環(huán)境荷載分別產(chǎn)生，將測(cè)得的波形函數(shù)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)得到頻域波形，總計(jì)2對(duì)波形函數(shù)，分別對(duì)比兩個(gè)波形函數(shù)，如果波形函數(shù)速度峰值，幅值峰值，主頻率等信息相近，則認(rèn)為此裝置能夠很好地模擬該環(huán)境荷載。綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高頻振動(dòng)條件下的加載試驗(yàn)；通過(guò)多毫秒級(jí)延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電磁鐵電路的毫秒延時(shí)開(kāi)關(guān)，形成脈沖序列荷載，模擬實(shí)際環(huán)境荷載。
權(quán)利要求
1.多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括電磁鐵升降導(dǎo)輪箱、單片機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、η個(gè)落錘裝置、兩個(gè)布局在同一高度的落錘升降導(dǎo)輪，η為大于I的自然數(shù)；其中所述η個(gè)落錘裝置中，每一個(gè)落錘裝置包括一個(gè)落錘、一個(gè)吸盤(pán)電磁鐵，以及穿過(guò)落錘中心、吸盤(pán)電磁鐵中心的控制繩索； 鋼絲繩索的兩端繞過(guò)所述兩個(gè)落錘升降導(dǎo)輪的導(dǎo)軌后分別與電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的兩個(gè)側(cè)壁固定連接；落錘裝置通過(guò)控制繩索導(dǎo)入電磁鐵升降導(dǎo)輪箱腔體內(nèi)，再經(jīng)電磁鐵升降導(dǎo)輪箱側(cè)壁的導(dǎo)向孔導(dǎo)出；所述卷?yè)P(yáng)機(jī)與從電磁鐵升降導(dǎo)輪箱側(cè)壁導(dǎo)出的控制繩索連接。
2.根據(jù)權(quán)利要修I所述的多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述電磁鐵升降導(dǎo)輪箱包括η個(gè)導(dǎo)輪，一個(gè)導(dǎo)輪對(duì)應(yīng)控制一個(gè)落錘裝置的升降，每一個(gè)導(dǎo)輪通過(guò)穿過(guò)其中心的支撐桿固定在電磁鐵升降導(dǎo)輪箱的內(nèi)側(cè)壁上，每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)輪之間的豎直距離為導(dǎo)輪的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，屬于落錘沖擊實(shí)驗(yàn)的技術(shù)領(lǐng)域。所述多落錘毫秒級(jí)延期加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括電磁鐵升降導(dǎo)輪箱、單片機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、多個(gè)落錘裝置、兩個(gè)布局在同一高度的落錘升降導(dǎo)輪。每一個(gè)落錘裝置都包括一個(gè)落錘、一個(gè)吸盤(pán)電磁鐵，以及穿過(guò)落錘中心、吸盤(pán)電磁鐵中心的控制繩索。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高頻振動(dòng)條件下的加載試驗(yàn)；通過(guò)多毫秒級(jí)延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電磁鐵電路的毫秒延時(shí)開(kāi)關(guān)，形成脈沖序列荷載，模擬實(shí)際環(huán)境荷載。
文檔編號(hào)G01M7/08GK102879168SQ20121038174
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者劉軍, 池恩安, 趙明生, 王眾 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 貴州新聯(lián)爆破工程有限公司