1. 簡介

    在土木人眼中，一提到構件試驗或者子結構試驗，腦海中馬上浮現的就是幾噸的構件在幾十噸或者幾百噸輸出力的作動器作用下被“蹂躪”。像這樣：

    如此大型的實驗一般從設計、制作再到運輸往往要準備幾個月，趕上疫情大家還要排隊做試驗，拖個一年半載不成問題。最扎心的是由于加工問題或者設備問題，實驗數據不好大半年的努力就白費了，到最后就連導師看到畢業論文就是這副表情：

    這樣下去，我們就直接和畢業說拜拜了。

    這個時候你就會想，要是在做足尺試驗之前做點小試驗進行理論驗證，既快速做出成果保證畢業，又可以為足尺試驗提供可行性驗證該有多好。因此我們研究室經過一年的努力開發了一款小試驗臺，用來做各種土木超小構件的理論驗證試驗和材料性能試驗。

2. 小實驗的圖紙

    圖1~3就是小實驗臺的設計圖紙，它包含一個帶有內螺紋孔的底板，可調節上下高度和左右位置的作動器（作動器端部有螺栓孔用來連接試件），還有可以調整位置的反力架。以上設計可以保證這種試驗設備適用于大部分小試件的安裝。

圖1 小試驗臺全圖

圖2 小試驗臺底板細部圖

圖3 小試驗臺反力架細部圖

圖4 作動器支架細部圖

    設備的配置清單如下：

3. 小實驗臺的參數

    這種試驗裝置的最大亮點是加載頻率范圍比較大，覆蓋范圍在0~20Hz，因此它可以做在0~20Hz 范圍內任意頻率的往復加載試驗，一般的大型加載設備沒辦法做到這個頻率范圍。由于設備的加載頻率覆蓋范圍基本與地震波的主要頻段重合，所以它還可以輸出地震波，具有改造成振動臺的潛力。具體技術參數如下所示：

1、技術參數：

1) 最大靜載：±20KN，

2) 最大動載：±10KN，

3) 力傳感器精度：2%-100%FS范圍內,各點均為±0.1%，

4) 位移傳感器精度：±0.01mm，

5) 作動器行程：±50mm,

6) 頻率范圍：0-20Hz，

7) 采樣頻率：800Hz，

8) 實時曲線：力-時間曲線，力-位置曲線，時間-位置曲線，等。

9) 主要試驗波形：正弦波，三角波，梯型波，斜波以及外部輸入頻譜。

10) 伺服油源：3.7 KW AC220V 50Hz，21Mpa，

11) 最大加速度1g，

12) +/-1mm@20HZ，

13) +/-2mm@10HZ，

14) +/-5mm@5HZ，

15) +/-8mm@3HZ，

16) +/-20mm@1HZ，

17) 頻率范圍0～20hz，最大輸出力靜載20kn，動載10kn（最高頻時最大輸出力為50%）

2. 測控系統：

    測控系統包括控制柜、伺服控制器、工控機、顯示器等。測控軟件基于windows 操作系統開發，友好的人機界面，操作方便，功能齊全，交互性好。采用業內先進的全數字控制器，具有優越的抗沖擊、噪聲低、帶寬高等特點。所有通道（負荷、位移、應變）均具有32 位全數字化波形發生器，1000Hz 數據采集頻率。內置各種高級自適應補償功能，采用智能控制算法，通過各種補償功能，可優化控制，命令可以得到實時調整，使得得到的響應與目標信號匹配，提高測試精度。控制器模塊化設計，可以擴展控制多個伺服控制通道。測控系統能實現各參數的高速采集測，自動處理，生成不同的分析曲線。可實時繪制時間—載荷，時間—位移，載荷—位移等曲線。操作人員可以直接存儲數據到txt 文件，也可以選擇存儲曲線；可以自動生成實驗報告和打印輸出。系統可實現位置閉環控制，載荷閉環控制，開環控制。系統實時顯示系統位置、載荷、油壓壓力、溫度等參數。

4. 小實驗臺的試驗案例

    有了這樣的科研神器，買回來第一天我們就開始試驗啦~ 比如負剛度裝置的低頻往復加載試驗（位移相關型試件），如圖5所示。裝置輸出位移達到了試驗工況的要求，滯回曲線光滑。

圖5 負剛度裝置試驗

    再比如小黏滯墻試驗（速度相關型試件）高頻往復加載試驗，滯回曲線如圖6所示。試驗曲線表明，小試驗臺的加載速度也達到了試驗工況要求。

圖6 小黏滯墻試驗

    總結一下，用小試驗臺做試驗有以下優勢：

    1. 加載功能強大，可以做很多大型加載設備無法實現的加載工況。

    2. 制作和設計小試件耗時短，如果實驗失敗可以在短時間內修改試件缺陷重新制作并得到更優的試驗結果。

    3. 相比足尺試驗復雜的安裝流程，小試驗臺試件安裝方便，一個人就可以搞定。

    綜上，小試驗臺是做理論驗證試驗和足尺試驗可行性驗證的好幫手。

5. 合作企業推廣

    本次小試驗臺的定制合作企業是“樸魯液壓”技術有限公司，非常感謝在整個設計和制作的過程中該公司的工程師給予我們的技術支持。如果有同學或者老師想定制自己的小試驗裝置可以聯系該企業，詳細信息如下：