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购置
本文为ANCO公司撰写的在2021年10月11日至14日在埃及开罗举行的第七届阿拉伯天文学和地球物理学大会上（Arab Conference on Astronomy and Geophysics 7th Assembly）提交的振动台论文
保罗·依班那博士，paul@ancoengineers.com
博阿兹·诺顿，boaz@ancoengineers.com
ANCO工程师
美国科罗拉多州博尔德
介绍
地动是一种特殊的地球物理事件，由断层破裂后地壳的弹性反弹引起。破裂中释放的能量向外辐射数公里，并能在数千平方公里的规模内爆发破坏性的振动。因此，土木结构和机械设备的设计必须能够在此类事件中生存下来，以最大限度地减少损坏和生命损失。大部分设计事情可以通过盘算完成，但也有须要通过实验验证这些盘算或新的奇特设计是否正确有效。这需要在地动振动台上测试模型或全尺寸结构和部件。此类测试通常在对要害设施的性能至关重要的机械和电气部件上进行，如医院、消防和警察局、电信中心以及通例和核电厂。这些振动台通常用于大学和提供此类测试效劳的商业实验室。本文是介绍性概述，描述了全球规模内种种功效的振动台。在已往的100年里，振动台已经被用于这样的研究。例如，1923年有一项蒸汽机驱动的振动台的日本专利申请。
小型教育振动台
小型经济型振动台用于大学教育目的，在教室和实验室教授振动理论、结构动力学和实验技术。这些振动台有时也可以用于科学研究。与以下章节中讨论的大型振动台类似，该振动台由基于个人电脑的数字控制器控制，能够爆发地动运动、随机运动、脉冲运动和正弦扫描。地动运动可以是实际纪录的地动时间历程或人工爆发的具有特定频率能量漫衍的地动运动。图2.1显示了一个小型电动振动台，其规格如振动台2.1所示。所示的振动台是典范的，可是也保存这种类型的更大和更小的振动台。下面是显示该台面运行情况的短视频链接。这些小台面可以提供1、2或3自由度配置。
点击这里寓目视频。
图2.1:教育用1自由度电行动动器器驱动台式振动台
表2.1典范小型教育振动台规格
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台面尺寸 |
70 cm x 70 cm |
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标称最大测试项目质量 |
30 kg |
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峰值加速度 |
2 g |
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峰值位移 |
± 15 cm |
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事情频率规模 |
0-15 Hz |
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轴的数量 |
单轴:1水平(X) |
中型单轴水平振动台
与伺服液压驱动振动台相比，电行动动振动台便当，维护和噪音低。然而，能够蒙受更高有效载荷(通常凌驾1吨或更多)的振动台通常接纳伺服液压作动器。
图3.1中的照片显示了一个伺服液压致动器驱动的单轴水平振动台，其台面为2米x 2米，有效载荷能力高达5吨。该振动台正用于中国宁波一所大学的结构和土壤动力学研究。所示的振动台是典范的，可是也保存这种类型的更大和更小的振动台。尺寸高达6米x 6 m和50吨的台面也保存。下面是显示该台面运行情况的短视频链接。
点击这里寓目视频。
图3:ANCO实验室宁波的振动台台面照片
表3.1典范水平单轴振动台规范
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台面尺寸 |
2 m x 2 m |
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标称最大测试项目质量 |
5 tons |
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峰值加速度 |
1.5 g |
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峰值位移 |
± 10 cm |
|
事情频率规模 |
0-40 Hz |
|
轴的数量 |
单轴:水平单向 |
双轴水平振动台
虽然，地动会引起独立的三个轴同步运动。因此，研究人员经常想要一个双轴或三轴振动台。
下图4.1中的照片显示了一个独立的同时双轴振动台，具有2米x 2米的台面和4吨的容量。美海内布拉斯加-林肯大学（University of Nebraska-Lincoln, USA）正在使用这张振动台来研究岩石堤坝和墙壁的稳定性。所示的振动台是典范的，可是也保存这种类型的更大和更小的振动台。下表给出了典范的振动台规格。
点击这里寓目视频。
图4:UNL双轴振动台照片
表4.1典范水平(X，Y)双轴振动台规格
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台面尺寸 |
2 m x 2 m |
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标称最大测试项目质量 |
4 tons |
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峰值加速度 |
2.5 g |
|
峰值位移 |
± 15 cm |
|
事情频率规模 |
0-40 Hz |
|
轴的数量 |
2轴:2个水平(X，Y) |
双轴水平/笔直振动台
一些使用双轴台面的研究人员更喜欢有一个水平轴和一个笔直轴。下面的图5.1显示了这种水平/笔直双轴事情台的图纸。图5.2显示了这种典范的水平/笔直振动台的照片。这张台面正被用于中国重庆的大学研究，它有一个1.5米x 1.5米的台面和2吨的有效载荷。
图5.1:典范水平/笔直双轴振动台
图5.2:中国重庆双轴振动台照片
表5.1典范水平/笔直(X，Z)双轴振动台规格
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台面尺寸 |
1.5 m x 1.5 m |
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标称最大测试项目质量 |
2 tons |
|
峰值加速度 |
2 g |
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峰值位移 |
± 15 cm |
|
事情频率规模 |
0-40 Hz |
|
轴的数量 |
2个轴:1个水平轴和1个笔直轴(X，Z) |
电机伺服三轴振动台
真实的地动模拟需要在所有三个轴上同时独立运动，就像三轴振动台提供的运动。下图6.1显示了一个1.6 m x 1.6 m的电动三轴振动台。该振动台位于美国宾夕法尼亚州，用于美国核电站电气设备的抗震鉴定。以下链接显示了该振动台的运行情况。
点击这里寓目视频。
图6.1:电动三轴振动台照片
表6.1典范电动三轴振动台规格
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台面尺寸 |
1.6 x 1.6 m |
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标称最大测试项目质量 |
0.5-1 ton |
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峰值加速度 |
高达6 g |
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峰值位移 |
± 20 cm |
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事情频率规模 |
0-70 Hz |
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轴的数量 |
3个轴:2个水平轴，1个笔直轴(X，Y，Z) |
伺服液压驱动三轴振动台
大宗程的三轴振动台是伺服液压的。下图7.1显示了一个3米x 3米的三轴台，容量为10吨。该振动位于美国弗吉尼亚州，用于美国核电站电气和机械设备的抗震鉴定。以下链接显示了该振动台的运行情况。请注意，虽然该振动台通常用于3自由度模式(X，Y，Z)，适用于地动，但它配备了六个独立的作动器，因此也可以进行6自由度运动，包括俯仰、滚转和偏摆。
点击这里寓目视频。
图7.1:伺服液压三轴振动台照片
表7.1典范伺服液压三轴振动台规格
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台面尺寸 |
3 m x 3 m |
|
标称最大测试项目质量 |
10 tons |
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峰值加速度 |
7 g |
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峰值位移 |
± 20 cm |
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事情频率规模 |
0-90 Hz |
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轴的数量 |
3个轴:2个水平，1个笔直(X，Y，Z)，但也可以做俯仰，滚转和偏摆。 |
大的振动台
作者预计全世界有3000多个地动振动台。美国最大的振动台在加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego），其照片如下图8.1所示。这个台面的尺寸是8米x 12米，最大载重量可达400吨。它最初是作为双轴台(水平、笔直)建造的，但目前正在升级为全三轴台，这将于2022年1月完成。这个振动台的奇特之处在于它位于室外，因此可以测试高达约10层的钢结构、混凝土结构和木结构建筑。
图8.1:加州大学圣地亚哥分校大地动振动台
目前世界上最大的振动台是日本的E-Defense振动台。照片如下图8.2所示。这个三轴(X，Y，Z)事情台的尺寸为20米x 15米，可处理最大1200吨的有效载荷。它已被用于测试核电站的全尺寸结构和部件及结构。
有关此台面的视频和更多信息，请点击这里寓目视频。
图8.2:日本的E-Defense 振动台
装置在离心机上的振动台
有许多特定所在震振动台。例如，振动台可以放在离心机内部。这允许对土壤和岩石中的线性和非线性结构模型进行地动测试，例如大坝、海上石油平台、桩和口岸结构。有须要将振动台放在离心机内，以保存缩放模型中的质料属性。例如，如果使用比例模型为100的速度缩放，则有须要在离心机中施加100 g的静态加速度。这也要求振动台具有很高的加速度和频率能力。另一方面，它只需要有较小的位移能力。下图9.1中的图显示了一个离心机筐型结构，其内部带有双轴(水平、笔直)振动台，安排在中国天津的一个500 g吨的离心机中。以下链接显示了运行中的离心机，其中包括振动台和测试部件:
点击这里寓目视频。
图9.1天津筐型结构振动台示意图
表9.1 500 g-ton离心式振动台规范
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台面尺寸 |
1 x 1 m |
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标称最大测试项目质量 |
1 ton |
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峰值加速度 |
40g水平206笔直 |
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峰值位移 |
± 5 mm |
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事情频率规模 |
10-250 Hz |
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轴的数量 |
2个轴:1个水平轴，1个笔直轴(X，Z) |
公共教育振动台
另一种专颐魅振动台用于公共教育，允许人类乘坐在振动台上体验地动。这些振动台用于博物馆或流动卡车的地动科学和地动宁静公共教育，也用于培训应急人员。它们通�？梢匀菽�1到40名旅客，并配备了许多宁静功效来�；ぢ每�。图10.1是位于乌兹别克斯坦塔什干应急响应人员培训中心的三轴电动公共教育振动台的照片。以下是该振动台运行视频的链接:
点击这里寓目视频。
图10.1塔什干振动台照片
请注意，台面配备了模拟房间，以增加旅客体验的真实感。
表10.1典范公共教育振动台规范
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台面尺寸 |
3 m x 4 m |
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名义允许旅客人数 |
20名旅客 |
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峰值加速度 |
0.5 g |
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峰值位移 |
± 20 cm |
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事情频率规模 |
0-15 Hz |
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轴的数量 |
3个轴:2个水平轴，1个笔直轴(X，Y，Z) |
产品
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