一、項目分析

　　設備需求：土-結構相互作用性能試驗平臺，1套。

　　功能需求：用于開展模擬軟土地基與結構相互作用的相關試驗。可模擬動靜態(tài)加載方式，加載方式包括空間靜壓、錘擊和振動等方式，實現對基礎設施(如樁、基礎、柱、梁、框架等)的模擬加載，從而開展結構的壓縮、拉伸、彎曲、疲勞等力學性能試驗。同時配套動靜態(tài)數據采集系統、高速攝像和三維DIC應變測量系統，實現加載過程中土-結構試驗數據的采集分析。

　二、主要技術參數

　　1.動靜態(tài)電液伺服加載系統

　　1.1主機框架1套，提供垂向加載點2個、水平向加載點2個。(注：垂直和水平加載點都可以活動，根據被試驗產品進行調整間距。)

　　1.1.1框架結構：垂直較大承載≥400kN;較大垂向空間凈高度：3500mm;框架柱跨距：5000mm;

　　1.1.2框架整體剛度：較大負載下橫梁變形不大于跨距的1/2000;

　　1.1.3支持垂向和水平向動靜耦合加載：垂向支持2點加載，水平向支持2點加載，一個垂向加載點與一個水平向加載點耦合。

　　1.1.4水平向加載點高度可調：較低-1000mm，高2000mm;

　　1.1.5水平向加載點端部距離可調：最短1000mm，最長3000mm;

　　1.1.6垂向加載點高度可調：垂向加載點端部較低0mm，高2500mm;

　　1.1.7垂向加載點延土槽縱長度方向位置可調;

　　1.1.8垂向和水平向加載作動器和反力架連接支持微調滑動：滑動行程不小于±250mm;

　　1.1.9安裝布置：布置于試驗土槽周邊(土槽體積4米寬、4米長、3米深)。

　　1.2 100kN 電液伺服動態(tài)作動器(4套)

　　1.2.1電液伺服動態(tài)作動器負荷：拉、壓荷載≥100kN;

　　1.2.2試驗負荷測量范圍與精度：2%～100%FS, 精度誤差≤±0.5%;

　　1.2.3作動器行程：不小于±300mm;

　　1.2.4位移傳感器測量精度：≤0.2%FS;

　　1.2.5作動器位移分辨率：≤0.01mm;

　　1.2.6高性能內置 LVDT 位移傳感器，行程：≥400mm;

　　1.2.7高性能 100kN 動態(tài)負荷傳感器，精度：≤0.05%;

　　1.2.8作動器加載頻率：0.01～20Hz;

　　1.2.9結構連接方式：尾部法蘭連接，端部拉壓無間隙萬向球鉸。

　　1.3.落錘沖擊加載裝置1套

　　1.3.1較大沖擊能量：40000J;

　　1.3.2較大錘體質量：2000kg;

　　1.3.3沖擊高度：1000～2500mm;

　　1.3.4錘體規(guī)格：50kg起始，模數100kg，較大550kg;500kg起始，模數500kg，較大2000kg;

　　1.3.5提錘速度：≥5m/min;

　　1.3.6其他：垂體具有防二次沖擊功能，垂體帶傳感器，具有配套數據采集軟件，可監(jiān)測采集垂體沖擊能量、起升高度、沖擊瞬時較大加速度、速度等參數;落錘沖擊加載裝置與主機框架配合安裝使用，且不影響垂向加載點的設置。

　　1.4.高頻振動加載裝置2套

　　1.4.1電動機功率：≥10千瓦;

　　1.4.2偏心力矩：≥6N·m;

　　1.4.3激振力：≥50kN;

　　1.4.4允許拔樁力：≥50kN;

　　1.4.5其他：配夾具，與主機框架配合使用，作動器較大頻率≥20Hz。

　　1.5.電液伺服液壓源1套

　　1.5.1系統工作流量：≥200L/min;

　　1.5.2系統工作壓力：≥28MPa;

　　1.5.3電機“低壓—高壓”啟動;

　　1.5.4高壓濾油器的過濾精度：≤5μm;

　　1.5.5其他：能提供四個作動器同時按較大荷載做功，且該狀態(tài)下連續(xù)工作1小時油溫不大于50℃，冷卻方式采用壓縮機制冷;采用組合式節(jié)能設計，具有無級調壓功能，液壓系統參數(包括但不限于壓力、油溫、液位)數字化顯示，全封閉設計，主控計算機遠程監(jiān)控操作。

　　1.6.動靜態(tài)電液伺服控制器1套

　　1.6.1四通道高性能數字閉環(huán)運動控制器，每個作動器對應控制通道數：可實現四個作動器同步、異步加載控制;

　　1.6.2加載波形：正弦波、三角波、斜波、組合波等，具有疲勞試驗譜、載荷試驗譜和靜力試驗譜的編輯功能;

　　1.6.3采樣頻率：≥5kHz;加載頻率：0.01～10Hz;

　　1.6.4位移測量方式：內置式 LVDT 位移傳感器測量;

　　1.6.5位移測量分辨率：0.001mm;

　　1.6.6控制方式：負荷控制、位移控制，不同控制方式可以平滑切換;

　　1.6.7控制系統：開環(huán)閉環(huán)可選，對試驗全過程進行監(jiān)控、自動全程測量、存儲試驗數據、自動繪制、存儲試驗曲線等;具有完整的文件操作及數據存儲功能，數據可以多種文件格式保存，試驗結束后數據可導入在Word、Excel等多種軟件下進行處理;可以動態(tài)實時顯示各類試驗數據，并實時繪制時間-試驗力、時間-位移、位移-試驗力等常規(guī)曲線，且具有曲線局部放大或還原，同組曲線疊加對比，用鼠標可在曲線上得到任意采樣點的坐標值(x，y)等功能;控制軟件支持設定系統控制參數(包括但不限于加載相關參數、卸載時間、試驗開始點、傳感器的零位及增益進行傳感器的標定等);支持系統安全保護軟件(包括但不限于超載保護，油缸行程限位保護，液壓系統較大壓力保護以及過流和過速等過載保護功能);支持系統診斷(檢測系統的各類硬件故障);支持通道分配，可隨意設定試驗所占用的通道;

　　1.6.8其他：必要的配套軟硬件(包括但不限于計算機、數據采集和處理系統、配套軟件包、控制柜以及電纜線)、電路改造。

　　2.動靜態(tài)數據采集系統

　　2.1數據采集系統

　　2.1.1通道數(A/D轉換器)：≥24通道;

　　2.1.2數據總線傳輸方式：PXIe;

　　2.1.3采集到的原始數據直接傳輸到機箱主板;

　　2.1.4每通道高采樣速率：≥5MS/s，通道隔離電壓不低于350V;

　　2.1.5系統包含不少于4路CAN通道，8路計數器通道;

　　2.1.6支持電壓、ICP、橋路(全、半、1/4橋)、電流(電流精度不低于0.1 %，讀數±10 μA)、鉑電阻、電阻、熱電偶、電荷、LVDT等信號輸入，電壓量程多檔可調(不低于100V輸入，精度不大于0.02%，讀數±0.02%，量程±20 μV);

　　2.1.7具備自檢功能和支持對智能傳感器的參數自動讀取;

　　2.1.8操作終端：配置高性能便攜式操作終端1臺(不低于：處理器I7，內存32G，存儲2T)。

　　2.2傳感器

　　2.2.1加速度傳感器5只(帶20米電纜)：軸向3(X/Y/Z)，量程≥100g，允許過載不小于20倍，精度不大于2.5%，頻響DC-2KHz,遲滯<0.1%滿量程，靈敏度變化≤0.06%/℃，重量不大于28g，需給出加速度傳感器安裝方式、安裝角度范圍、以及較大承受的極限加速度和運輸過程中允許的較大沖擊加速度;

　　2.2.2土壓力傳感器 8只：量程0-2MPa，適用于動、靜態(tài)模型試驗和現場試驗，外形不大于于15mm，精度±0.25%F·S，分辨率不低于0.2%F·S，過載能力在額定范圍內的120%，防水性要求可在飽含水的介質中工作;

　　2.2.3孔隙水壓力傳感器 8只：量程0-2MPa，分辨率0.1KPa，精度±0.1%F·S(包括非線性、遲滯性和重復性)，過壓系數不小于較大量程的2倍，采用不受橫向壓力影響的雙重結構;

　　2.2.4激光位移計 5只：測量中心距離200mm，測量范圍±80mm，重復精度200微米，線性±0.2%F·S，0-5V電壓輸出;

　　2.2.5含水量探頭 5只，量程0-100%,分辨率：0.1%。

　　三、高速攝像及三維DIC應變測量系統

　　3.1硬件技術指標要求：

　　3.1.1分辨率≥1280*1024，滿幅幀率≥15000fps，高幀率≥1060000fps;

　　3.1.2 像元尺寸≥15um;

　　3.1.3 最短曝光時間≤100ns;

　　3.1.4 支持 PIV 跨幀曝光，極限雙曝光時間≤150ns，可用于PIV、PTV等非接觸測量;

　　3.1.5 一體式機身自帶高速RAM存儲，內存容量≥190GB，可擴展選配較大容量20TB內置實時寫入存儲盤;相機內存支持自定義分區(qū)，且內存空間支持非均勻分配;

　　3.1.6高速相機應用于DIC實驗時，可由DIC軟件直接控制，采集與分析使用同一個軟件;

　　3.1.7支持跨網段搜索，跨網段修改相機網絡IP地址便于用戶首次連接設備時配置相機網段。相機自帶WIFI功能，可通過手機、電腦等移動端上的網頁瀏覽器登錄進入相機，可對相機進行采集控制(提供截圖或照片證明);

　　3.1.8相機可直接輸出H264碼流，支持在低帶寬網絡(低于50Mbps)傳輸環(huán)境下，仍可以流暢預覽拍攝;視頻保存格式支持RHVD /AVI /MP4 /BMP /JPG /TIFF /PNG，支持抽幀導出，自定義播放幀率導出，導出AVI視頻格式時，導出的播放速度可選;

　　3.1.9脈沖信號輸出和輸入需要無延時性，采用雙航插接口，接口為高端航插級別，航插為五針航插，相機外部支持一鍵關機，非插拔式關機，機身外部自帶錄制按鈕，支持一鍵快速錄制;

　　3.1.10采集時支持自動捕捉關鍵幀，回放時支持關鍵順自動定位，支持自定義關鍵幀(關鍵幀事后編輯)，支持關鍵幀前后視頻選段導出，支持保存媒介選擇(支持本地/CF 卡/SSD 卡);

　　3.1.11回放界面支持在進度條實時顯示縮略圖，便于客戶定位關鍵目標;支持回放導出時候，勾選圖像處理 (反色)功能(用戶可通過勾選反色，呈現負片效果)(提供截圖或照片證明);

　　3.1.12相機支持一鍵直連功能，支持跨網段搜索，支持EDR極限動態(tài)范圍，開啟該功能可在一幀之內完成從高曝光到低曝光的切換;

　　3.1.13支持對目標進行運動學跟蹤，并可同時跟蹤多個目標，可選單幀跟蹤，多幀連續(xù)跟蹤，跟蹤精度可達0.1個像素，支持對跟蹤目標進行手動修正，計算位移、速度、角度、加速度支持以圖表、CSV、RHVD 格式導出，支持動態(tài)坐標系的建立，能夠用于振動消除和相對運動分析;支持對剛體目標進行直線測量、角度測量和運動測量分析，支持靜態(tài)角度包含2點與豎直方向、2點與水平方向、3點角度測量。支持可自動繪制出目標對象的運動軌跡，支持雙目標定/雙目分析，支持6DOF分析功能:支持輸出質心x/y/坐標、俯仰角/偏航角/滾轉角及其角速度、角加速度;提供第三方檢測機構精度認證證書。

　　3.2.軟件技術指標要求：

　　3.2.1系統支持測量試件的全場三維坐標(x，y，z坐標);三維位移(Dx,Dy,Dz,合位移等)，拉格朗日應變EXX，拉格朗日應變EYY，拉格朗日應變EXY，拉格朗日*主應變E1，拉格朗日第二主應變E2，工程應變EXX，工程應變EYY，工程應變EXY，對數應變EXX，對數應變EYY，對數應變EXY，歐拉應變EXX，歐拉應變EYY，歐拉應變EXY，米塞斯應變，屈雷斯加應變;

　　3.2.2應變測量范圍20μ?~2000%?、二維應變測量精度20μ?、三維應變測量精度50μ?、三維位移測量精度≤0.01像素;測量視場范圍：20mm×20mm至10000mm×10000mm;

　　3.2.3具有疲勞采集模塊功能，可直接在軟件中調用疲勞采集模塊：低頻相機采集高頻數據(只需一個周期或者多個周期采集一組數據)，可在當前周期進行觸發(fā)，自動識別波峰波谷，間隔一定相位進行采集，并實時矯正拉伸機信號變化帶來的誤差，消除累計周期誤差的影響，采集過程中可變頻采集圖像，供DIC后處理分析;

　　3.2.4軟件具備振動模態(tài)分析模塊，可直接在軟件中直接調用振動模態(tài)分析模塊，計算分析物體振動過程的固有頻率、阻尼比和振型，并能直接在軟件中顯示和導出振型動畫;

　　3.2.5軟件集成固體力學材料有限元仿真功能,滿足任意三維、二維結構材料固體力學靜力拉伸/壓縮有限元仿真功能;能添加不低于10種材料參數功能;網格節(jié)點劃分滿足10萬節(jié)點以上;有限元前處理建?？梢酝ㄟ^拉伸、旋轉、景象、縮放、偏置等操作得到面、體，可以直接構造矩形、多邊形、圓、球、圓柱、圓錐、棱柱、圓環(huán)等;通過體面的布爾加、減、交等操作得到模型;可快速將幾何模型自動離散成線單元、三角形單元、四邊形單元、四面體單元、六面體單元等，并且可以根據用戶的需要對網格進行局部的加密以及網格階次的選擇;軟件需提供：IGES、DXF、Parasolid、VDA、STL、Nastran等接口;可將結果寫成各種常用的圖形文件如：BMP、GIF、TPEG、PNG、TGA、TIFF、VRML等格式，以及AVI、MEPG的動畫格式。后處理支持的結果顯示方式有：帶狀云圖顯示、等直線顯示、切片顯示、矢量顯示、變形顯示等(提供截圖或照片證明);

　　3.2.6可得到空氣流場和水流場的平面二維速度場和平面三維速度場數據，也可得到多相流的PTV數據，可擴展為體三維測試系統和微視場速度場測試模塊，且具備固液兩相分析功能，通過融合DIC和PIV實現固體變形場和液體流場的同步分析,支持二值圖像的形態(tài)學處理，包括腐蝕、膨脹、開運算、閉運算， 支持空心氣泡的孔洞填充功能，支持氣泡面積的過濾功能， 支持氣泡直徑、面積、周長的測，支持稀疏氣泡的速度、加速度的測提供(提供截圖或照片證明);

　　3.2.7搭配光源燈頭尺寸≤95.3*92*83mm，光源燈杯角度≥23°，工作距離300mm，照度≥450000lux，光源符合國軍標 GJB 150.18A-2009 沖擊試驗，峰值加速度:200g，脈寬8ms，沖擊波形:半正弦波，沖擊方向:3軸6向。(提供第三方檢測報告)

　　3.2.8搭配8通道輸出同步控制器，高速相機采集軟件可直接對外部同步控制器進行參數配置

　　3.2.9支持SDK二次開發(fā)，定制化SDK接口。

　　四、試驗土槽及附屬設施

　　4.1土槽開挖及周邊加強：

　　4.1.1開挖土槽：總長16米，總寬4米，深度3米或2米(長4米×寬4米×深3米、長12米×寬4米×深2米)，本系統使用長4m×寬4m×深3米的土槽范圍;

　　4.1.2土槽內壁設置可移動插板2塊(寬4米×長3米)，配合土槽內壁插槽使用，使土槽沿長度方向可調節(jié)容積，該可移動插板預留鋼化玻璃視窗，視窗范圍不小于1米×0.3米，該可移動插板整體需能承受3米深的土壓力作用;

　　4.1.3土槽周邊地基加固：保障土槽結構可滿足土槽內試驗材料的填充及加載主機框架安裝及加載要求，提供土槽地基加固方案及有限元分析;

　　4.1.4沿著土槽縱長方向兩側布置可移動龍門吊地軌(地軌長度不小于16米，適用于龍門吊起吊力不小于30噸;

　　4.1.5對土槽增加注水和排水系統，實現土體不同水位控制。現場使用不少于1噸的水箱進行水源供給，水壓不小于0.5MPa，包含過濾系統，能實現循環(huán)使用。土槽底部預留集水槽，便于槽內泥土清理。

　　4.2附屬配套

　　4.2.1供配電系統：滿足系統全部電力負荷;

　　4.2.2控制室布置：配套臨時控制室，布局本系統所涉及儀器的操作臺、置物架。

　　3、設備組成

　　1) 動靜態(tài)電液伺服加載系統。

　　2) 動靜態(tài)數據采集系統。

　　3) 高速攝像和三維DIC應變測量系統。

　　4) 試驗土槽及附屬設施。

　　3.1 動靜態(tài)電液伺服加載系統

　　3.1.1 主機框架