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【科普】带你走进一个振动的世界(上)

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地震是人类生存的地球上最严重的自然灾害之一,造成的人员伤亡和经济损失是巨大的。人类虽然无法阻止并难以预防地震的到来,但是可以尽量减少地震带来的损害。


我国是一个多地震的国家,处在全球两个特大地震带,即环太平洋地震带和喜马拉雅一地中海地震带上,全国有41%国土,一半以上城市位于地震基本裂度7度以上地区。地震工程研究是地震工作中的重要组成部分,也是一门应用科学,振动台试验在这门学科里占有及其重要的地位。


在有准确记载的20世纪里,平均每年发生18次7.0-7.9级的大地震,每年发生1次超过8.0级的特大地震。进入21世纪之后,大地震似乎更加频繁了。


那么今天小编跟大家聊一聊地震电液伺服模拟振动台发展简史。


在1890年前后,一个英国人和日本学者合作研制了一种手摇的振动机,这个振动机看上去就像一架纺车,不过偏心轮连接到了一个轨道小车上,小的建筑模型放在轨道小车上进行试验。这种手探的振动机也就是最简单的振动台,虽然也能产生简单的运动,但所产生的振动毕竟跟直实的地震差别太大,因此人们开始不断研制更加先进的设备用于模拟地震,而这种模拟地震的装置就称为地震模拟振动台。


利用试验机来模拟地震,仅仅能够产生运动显然是不够的,人们研究的目标是一种能够与实际地震的动力效应基本相同的振动台。通常的振动台需要一个刚性台面来放置建筑模型,然后设法使台面运动起来以模拟地震的影响。


在液压伺服和计算机控制技术得到充分利用之前,人们采用了各种手段来使台面运动起来,比如前面提到的偏心轮,还有利用摆锤和弹蒂产生机械运动的方法,我国的研究人员也曾利用汽车发动机来为振动台台面提供动力,这种振动台一般只能产生周期性衰减振动或者周期性往复运动(也称为简谐振动),而无法产生和真实地震接近的复杂振动。


最早的地震模拟振动台都是单方向振动的振动台,随后出现了水平双向振动台和三向六自由度振动台(这种振动台既可以水平向运动,也可以产生竖向振动,并且可以产生不同方向的转动)。振动台的控制器也从二极管、三极管组成的模拟电路发展成为嵌入式集成芯片和计算机控制相结合的数字控制系统。


由于篇幅问题,今天先聊到这里,下篇小编将为大家讲述地震模拟振动台的功能。下篇见!