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辉固、GEOLABS等岩土试验室引入GDS共振柱试验系统
发布时间：2021-04-06 浏览次数：1149 来源：欧美HJC黄金城

 

 

 

 

辉固试验室近年来大量引进了GDS共振柱RCA、动三轴试验系统DYNTTS、动单剪试验系统EMDCSS、自动三轴仪GDSTAS等土工试验系统。下图为辉固新加坡试验室的共振柱RCA试验系统。

 

Fugro Singapore RCA

 

 

 

 

什么是共振柱试验？

共振柱试验是根据共振柱原理在一个圆柱形试样上进行振动，并借以测求试样的动弹性模量及阻尼比等参数。它是一种无损试验技术，土样在相对不破坏的情况下，接受来自一端的激振。因此，它表现在小应变的条件下进行试验以及具有可逆性和重复性等。而动三轴试验在低应变（小于10-4）下很难得出准确的结果。共振柱试验是利用特制的装置对一个圆柱形土样进行激振，使之产生水平扭剪或垂直振动，并达到第一振型的共振。在此条件下，测求其共振频率及振幅值，并根据弹性理论关系进一步计算剪切波速、剪切刚度（模量）及相应的剪应变幅值等。试样的阻尼特性也可根据在此试样中的自由振动衰减曲线或强迫振动共振曲线求算出来。

GDS RCA共振柱

GDS共振柱（GDSRCA）是一个真正固定自由的共振柱，其被束缚的固体或土样的一端受到激励，另一端被固定。GDS生产的共振柱可以完成2种尺寸的试样，分别是直径为50mm和70mm，也可以根据用户需要定做。可以完成的试验包括扭转、弯曲、阻尼比试验和＜2Hz的扭转剪切试验等，GDS共振柱采用一套软件GDSRCA软件来进行控制和操作。


 


GDS RCA共振柱压力室

 

RCA共振柱显著特点：避免产生反电动势

GDS共振柱有一个显著的优点就是避免反电动势的产生。当执行阻尼比试验时，该设备设计成尽量减少设备的阻尼。自由振动衰减期间（在共振时电源通常关闭后），磁铁在线圈中的运动通常会产生“反”电动势，这样会产生较大的设备阻尼误差。在GDS共振柱中，在自由振动衰减时，软件可以控制硬件通过线圈产生一个“断路”，这样可以避免“反”电动势的产生。

 

GDS RCA共振柱完整配置

 

 

 

 

Geolabs在最近的一篇文章中也介绍了GDS的共振柱仪器，解释了该系统的优点以及他们如何在商业实验室中使用它：

共振柱试验提供了一系列很小应变下的剪切模量获得方式，可与高级三轴试验中的局部应变传感器数据相关联，从而提供材料刚度特性的概貌。包括的振动可以是扭转振动，也可以是弯曲振动。

 

GDS公司生产的共振柱使用稀土钕磁铁，结合电磁线圈和加速计，可以精确控制应变，并在一定应变范围内测量土壤和软岩样品的共振频率。

 

共振柱测试是Geolabs有限公司提供的一系列土壤测试功能的一部分，加上Geolabs常规土壤和岩石测试，使Geolabs能为客户提供岩土工程测试需求的解决方案。

 

Geolabs RCA

 

 

 

 

RCA共振柱特点及优势

主要特点

优点

RCA系统采用跨电功率放大器实现电流驱动

因为电磁/绕组设备的阻抗会随着频率而改变，在更高的频率下，采用恒定电压放大器，电流会相应减少。由于扭矩与电流成比例，所以相应的扭矩也将减少，其非线性的扭矩输入将影响结果。所以使用电流驱动放大器将不会有这方面的影响

设计用于提供最大刚度

提供最小损耗和最多的持续性频率反馈，同时顶帽上无刚性支撑，所以相当于实现完全自由振动

RCA设备有自己独立的RCA软件，用于控制盒数据的获取

操作简单，实现全自动试验

低阻尼

通过软件可随时控制硬件处于一个开路状态，那么线圈在自由振动中的过程中，可防止“反”电动势生成，也可减少设备阻尼的影响

电磁驱动系统

包含精密绕线线圈和复合烧结钕铁硼稀土磁铁

内部安装，配备加速度计

用于测量试样的振动反馈

内压力室

试样周围充填水，为了避免空气通过橡皮膜渗入

 

 

 

RCA共振柱升级

 

 

提升架（便于拆卸压力室），垂直弯曲元(S和P波)，使用非接触proximetor传感器进行扭转剪切，从1MPa(标准)升级到2MPa或3 MPa压力室，非饱和测试(方法A)，温度控制(-20 ~+ 60℃)。

RES high pressure with frame

 

 

压力室由1MPa RCA标准压力室升级到2MPa或者3MPa。3MPa是用不锈钢的压力室取代了内外透明的压力室。

 

升级环境温度控制压力室，配备加热和制冷温度控制系统，温度控制系统范围-20°C到+60°C。温控系统包括：环境腔，减小大气温度变化造成对试验的影响，内压力室安装有冷却系统和加热线圈。

 

 

 

扭转升级

可以通过添加高精度Proximitor传感器系统进行循环扭转剪切试验。扭转剪切试验能够记录试件在小应变范围内的全循环应力-应变响应，加载频率为2Hz及以下。在扭剪试验过程中还获得了轴向应变和孔隙压力响应。

 

 

 

弯曲元升级

任何RCA系统都可以通过增加下面的部件升级完成弯曲元试验：

•   包括弯曲元插入物的弯曲元底座

•   包括弯曲元插入物的弯曲元试样帽

•   信号调节和高速采集单元 (2M/秒), 其中包括放大信号和采集信号 (P波和S波) ，用户可以控制增益 (通过软件)

 

 

 

RCA共振柱视频演示

 

 

GDS共振柱RCA系统介绍


 

GDS共振柱RCA系统的扭转激发机理

 

 

 


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