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共振柱试验仪

设备名称:共振柱试验仪
制  造  商:德国APS-WILLE Geotechnik

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商品描述

设备名称:共振柱试验仪
制  造  商:德国APS-WILLE Geotechnik

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共振柱试验仪

德国wille共振柱试验仪


标准规范 : ASTM D4015-2000


德国Wille共振柱试验仪系统是一台高质量的仪器,用于在有 围压的条件下,试验各种材料的圆柱体或空心圆柱,低 剪切应变(小于 0.001%)、弹性模量和材料的阻尼特性。 包括各种土壤、岩石、沥青等材料。


共振柱试验基于波传播理论工作,并振动激振土壤试样 的顶部。共振柱试验仪可在两种不同的边界条件下工作,即 所谓的一端自由和两端自由条件,这取决于用户想要的 最小所需应变。

用户可以使用安装在计算机上的专用软件(Windows, Linux 或 Mac 操作系统)来控制整个系统。软件界 面友好,可以轻松控制系统的所有组件。简 化了运行试验过程,具备多种试验应用。

共振柱试验仪设备可以在包括黏土、淤泥和沙子以及其他材料(不包括岩石)的混合物的土壤上进行试验,还可以在有机土壤(软土) 上进行试验。


产品特点

▍ 各向同性试验条件

▍ 可使用气动作动器进行各向异性试验,从试样顶部施加荷载,并测量垂直变形

▍ 真正的一端自由或两端自由 一端自由:底部完全固定,顶部完全自由振动 两端自由:底部和顶部完全自由振动

▍ 38mm 至 100mm 的空心或实心试样

▍ 可定制试样尺寸,例如试样直径 150 毫米、高度 300 毫米

▍ 可调节的加载机构,用于最大沉降量为 20mm 的软土(试样变形大)

▍ 特殊设计的透明双壁三轴室,压力高达 1000 kPa(气压三轴室压力)

▍ 可将三轴室压力升级到 3 Mpa

▍ 内室注硅油或水,加强橡皮膜密封,避免空气穿过橡皮膜渗透进入试样

▍ 不需要示波器或函数发生器之类的任何额外电子设备

▍ 功率放大器和数据采集系统

▍ 软件模块,该软件可执行的试验:

·扭转共振

·挠曲共振

·法向共振(可选)


德国wille共振柱试验仪标配了各向同性试验功能,也可以升级到具有各向异性试验功能,还可以升级为在非饱和条件下进行试验。 当然,也可根据用户要求提供其他几种升级选项。


亮点可升级选项软件

可调节的加载机构,用于最大沉降量为 20mm 的软土 (试样变形大)

重量轻的加载系统,包括高达 3000Hz 的微型作动器

安装在顶板和底板上的非接触式位移传感器直接监控扭转运动

三个不同直径的校准棒 20 mm,33mm 和 50mm

具有控制功能的高级函数发生器

频率和波形

各向异性试验

弯曲元素试验(S 波和 P 波组合)

非饱和试验

升降装置,轻松升降三轴室外壁

最高围压可达 25MPa

用于高温或冻土试验温控系统(-30℃至 +60℃)

可安装加速度计,以直接在扭转激振器上测量大的剪切应变

在法向和弯曲振动模式下试验

先进的专用共振柱软件可以控制和测量参数、计算结果,并能够以表格或图形形式显示出来。还能自动计算土壤特性,包括:

剪切刚度(取决于应变),G

杨氏模量(E)(可选,需要订购硬件)

密度(ρ)

三种方法进行阻尼计算(D)

泊松比(u)(可选,需要订购硬件)

使用两种方法获取谐振频率

FFT 控制测量信号 

FFT 确定信号频率

                                      共振柱试验仪  共振柱试验仪

主要配置

① 三轴室

② 三轴室外壁升降装置

③ 重型底盘,减少振动干扰

④ 共振柱激振、测量部件

⑤ 各向异性 / 轴向加载 ( 可选 )

⑥ 内室

⑦ 自动压力控制器

⑧ 自动体变测量装置

⑨ 数据采集和激振控制器

⑩ 校准杆

技术参数

试样直径

38 / 70 / 100 和 150 mm

围压

1000 kPa / 2000 kPa / 3000 kPa ( 可定制更高压力 )

扭剪频率

可达 3000Hz

控制孔隙水压力

1000 kPa ( 可定制更高压力 )

试验类型

各向同性、各向异性

最大扭矩

1.26 Nm ( 可升级到 2.5 Nm)

最小应变

10-5

最大应变

1%


共振柱激振、测量组件

激振系统的设计和制造,重量轻、尺寸紧凑,可避免由于 励磁部件的重量而导致的很小的应力各向异性。

激振系统由两个微型激振器组成,与市场上现有的设备 相比,大大减少了试样顶部的额外重量。

这种高精度的扭转激振系统用于振动带围压的实心或空心 圆柱形土样的顶部,以获取试样的共振频率,最高频率可 达3000 Hz

主要特点

▍ 尺寸紧凑的微型激振器,可轻松安装激振单元

▍ 高达 3000 Hz 的宽频率范围

▍ 重量轻

▍ 兼容压电力传感器和放大器

▍ 可调节的轴向加载机构,用于最大沉降量为 20mm 的软土(试样变形大)

▍ 激振系统可以轻松升级成可进行法向振动试验 (可选项)



各向异性轴向加载系统(可选)

设备可以在工厂里通过增配自动加载系统,配合自动控制软件, 升级为可以执行各向异性试验。可以配置气动作动器,从试样 顶部施加载荷,并能实现高达 8 kN 的垂直荷载。 使用此选项,用户不需要另外购买一套系统实现各向异性试验。


主要特点

▍ 通过使用精确且低噪音的气动伺服阀作动器来施加轴向 载荷

▍ 自动软件控制加载系统

▍ 100 mm 直径的试样上的静载荷高达1000 kPa

▍ 无需悬挂重物

▍ 需要订购APC系统,施加高达1000kPa 的压缩 空气

▍ 大试样,例如直径150mm 试样,需要提供更大的压力


共振柱激振、测量组件

▍ 力传感器可通过微型激振器直接测量施加的力

▍ 加速度计,用于测量扭转和弯曲振动过程中的试样位移(扭转位移)

▍ 非接触式传感器,可在试验过程中测量小于6mm 的试样的垂直变形,并且不会影响上帽的扭转

▍ 与激振器没有接触,降低了设备的阻尼并提高设备的灵活性

▍ 不占空间,对试样的阻尼作用最小,并且当试样的位移超过 6mm 时还能起作用

▍ 非接触式传感器,用在试样顶部变形较大的情况下测量试样的扭转位移(可选)

▍ 特殊的围压、孔压传感器,量程 1Mpa,放大器 0-10 V,精度 0.1% FS,配套透明冲刷配件,方便排除压力管路或传 感器中的空气或气泡

▍ 潜水荷载传感器,用于各向异性试验,量程10 kN,精度±0.05%

▍ LVDT 传感器,测量轴向变形,量程 + /-12.5 mm,精度0.1% f.s,耐压高达2000 kPa


三轴室

德国Wille共振柱试验仪特殊设计的高质量透明三轴气室,可用于直径在38~100 毫米之间、高度2倍于直径的试样。用户可选择满足大 试样,如直径为150mm试样的三轴室。

三轴室有足够空间安装内部传感器或对设备进行改装,以 执行各向异性和非饱和试验。 围压最大2000 kPa,覆盖了 共振柱试验所需的压力范围。如需更高的围压,可考虑 采用不锈钢三轴室。

三轴室预留了耐压过线孔,方便内部传感器的安装,例如内 部位移、非接触式传感器、力传感器等。系统配套有适配转 换组件,可按要求的试样直径进行测量,包括上帽、不锈钢 底座 、连接软管、透水石和 O 形圈等。


通过使用精确且低噪音的气动作动器施加轴向荷载

▍ 试样尺寸 38/50/70 和 100/150mm

▍ 标准三轴室压力2000kpa

▍ 可选的三轴室压力3000kpa


内室

共振柱三轴室带有一个内室,内室用水或硅油包围试样, 避免空气(围压气体)渗透橡胶膜。

双三轴室工作时,我们在内室中加水到上帽位置,在水的顶 部注一层硅油。外部三轴室围压是空气,内室中的水是为了 防止空气扩散穿过试样橡皮膜,而硅油则为了防止空气进 入水中。

该内室由特殊的透明有机玻璃制成,可以快速轻松安装或拆 卸。


试样制备组件

对于每种试样量,提供试样制备套件,使用户能够为试验准 备试样。 试样制备套件包括:

•分体成型机,用于非粘性材料

•O 型圈担架

•O 形圈数量

•粘性材料的抽吸套筒装置

•pic 100 张滤纸

•of 膜数



自动压力控制系统 (APC)

全自动计算机控制的微处理器闭环控制的空气压力作动器,具有 最小一个输出压力端口,最多三个独立的输出压力端口,用于产 生三轴室压力,反压,各向异性气动作动器或空气压力(非饱和 试验)。

最大输出压力:2000 kPa

分辨率:0.1 kPa

压力出口:1、2 或 3 出口

通过 PC 以及设备上集成的控制触摸屏直接进行控制

通过集成的西门子控制器进行全自动压力调节


标定组件

为执行校准,须具有三个铝制校准棒,其机械性能已知,直 径为20,33 和 50 mm。


确定激振系统 Jo 和 JL 的惯性极矩,在校准棒上执行了共 振试验(校准棒位于标本位置)。



三轴室外壁升降装置

通过一套机械装置,用户可以安全、轻松地升降三轴室外壁以及连接好的线缆等,无需使用任何起重机来拆装三轴室。


自动体变测量装置

高精度自动电子体积变化测量装置,带控制面板,压力1700kPa,体变100ml,分辨率 0.001/100ml,线性度<0.1%

•通过转换阀组可以为测量管、外管、压力管路、注水和排水

•溢流保护

•1.7MPa的气压或水压

•带连接接头、测量管和高精度传感器

•可替换的 10、50 或 150cm³ 测量管(标准100cm³)


数据采集和激振控制器

数据采集单元和功率放大器集成在一个控制箱中,采集不同的测量值,例如力、位移、压力、频率、温度等。其他类似信 号的传感器也可以轻松地连接到该控制器。

具有高精度扭转激振系统的功率放大器,以高达 3000 Hz 的频率激振带围压条件下的实心或空心圆柱土壤试样的顶部。

主要特点

▍ 多达16个单端模拟输入,测量加速度传感器(2 个传感器)、力(2 个传感器)、非接触式位移传感器、电流和电压等

▍ 2个高速 1.25MS/s模拟输出,±10 伏范围、16 位分辨率,可精确激发振动器

▍ 多达24个数字量输入或输出,用于控制阀门和其他重要部件

▍ 真正的16位实时数据采集分辨率,不会丢包

▍ 通过USB与电脑连接,简单易用

▍ 大功率放大器,可以驱动不同的激振器和线圈系统

▍ 静音操作,提供无噪音的试验环境

▍ 内部或外部触发都可行

▍ 2个电荷放大器,增益为1~100 mV,可放大力和加速度传感器的信号

▍ 大电流输出,可精确激励振动器

▍ 两个用于过流和过热保护的安全电路

▍ 削波检测算法,信号失真实时警告反馈

▍ 低功率损耗、低发热,效率高达 92%


软件

设备具有专用的基于 Windows 的高级软件,该软件可控制所有参数,并且用户友好。该软件能够测量剪切应变、刚度和 阻尼比。

此外,该软件还包括滤波器设置,通过使用适当的滤波器,可以在低幅度的试验过程中轻松消除信号中的噪声。提供 简单而准确的方式来获得所有试验结果,从而简化了设备的使用难度。

该软件通过从低到高频率扫描来施加输入振动,从加速度传感器和非接触式位移传感器(如果有硬件)测量施加的振动和 试样的响应。然后软件会自动构建连续响应曲线。


该软件能够测量,控制或计算以下参数

▍ 共振频率(Hz):i)手动、ii)自动

▍ 剪切刚度(取决于应变),G

▍ 杨氏模量(E)(需额外订购硬件)

▍ 密度(ρ)

▍ 三种方法获得阻尼比(D): 1. 使用带宽法(半功率法) 2. 使用自由振动衰减法 3. 使用李萨如图(能量法)

▍ 泊松比(u)(需额外订购硬件)

▍ 使用两种方法获得谐振频率: 1. 幅频曲线 2. 信号之间的相位差

▍ 校准实例

▍ FFT 控制测量信号

▍ FFT 快速傅立叶变换,确定信号频率


输入界面 INPUT PAGE

信号滤波:该软件采用了适当的信号过滤功能,以消除噪声和采用不 同方法进行过采样的方法,有以下方法: 低通 、高通 、 带通 、 带阻

试样参数:在该部分中,输入试样质量的大小

数据模拟输入:可定义四个加速度传感器和力传感器、三个非接触传感器, 以测量试样的垂直变形和扭转应变。以及设置自试验的边 界条件(一端自由或两端自由)。


剪切应变:方法 1:根据加速度计记录的信号计算剪切应变 (共振柱中的通用方法) 方法 2:根据非接触式传感器记录的变形计算剪切应变

剪切刚度(取决于应变)G:剪切刚度使用带宽方法计算的,尽管在软件中使用力和加 速度计信号记录的数据生成的滞回圈也可以估算剪切刚 度

请注意:需要另外配置合适的空压机

阻尼比 D:可以使用三种替代方法来测量阻尼比,这也是该软件独特性: 使用带宽法(半功率法)、使用李萨如图 (能量法)、采用自由振动衰减法

这些方法在软件的不同页面中显示和计算,记录并保存数据以供进一步计算。

方法 1 和 2 的示例:带宽法(半功率法);李萨如图法(能量法)

方法3: 自由振动,监测如下信号

关于时间的监视信号(时间相关)监测自由振动衰减期间的周期峰值 监视来自加速度计的信号与来自力传感器的信号(李萨如曲线)



大型共振柱试验系统

可应要求提供大型系统,以供直径 150 毫米,长度为直 径 2 倍的试样使用。它具有针对大型共振柱试验设备的 特殊设置。

系统具有各向同性和各向异性试验条件,可根据不 同的试验提供很多可选配置进行升级。


弯曲元试验系统

共振柱试验系统能够简单地引入弯曲元组件,加上其他 附件进行弯曲元件试验。

压电元件可以很容易地集成在设备的上帽和底座中,以 进行弯曲元或压缩波速度试验。现有的三轴室最初设计 为可以引入压电元件,而无需对三轴室进行任何额外的 升级。

提供了适用于35~100mm的任何试样的可互换 弯曲元套件。并设计用于共振柱设备,也可用于其他设备, 例如三轴系统、固结系统系统、简单剪切或标准剪切系统。

组合的Bender元素集用于水平和横向试验,以便在 相反的传播方向上进行 S 波和 P 波试验。


非饱和土试验系统

通过增配其他硬件,系统也可升级为进行非饱和土试验。 根据所选的试验方法不同,试样体变也不同,其他附件 可能会有所变化。

这些配件,如陶土板、气压控制器(APC)以及非饱和 土软件模块等。

可升级选项

自动体积压力控制器 (VPC):自动体积压力控制器是一种无波动注射器式泵,可精确 地产生和调节压力,并在不同范围内精确地提供流量控 制,以适应不同的应用场合,如围压、反压或非饱和土 试验的空气压力。 拥有不同控制模式,可提供恒定压力、斜坡压力以及恒 定体变流量等。它采用紧凑型节省空间的设计,用于壁 挂式或桌面使用。

无气水生产装置这种集成装置可使无气水获得极低的气体含量。针对不 同的试验需求,标准版装置容积为 20 升,其他容量可 定制。

温控系统:针对不同尺寸的三轴室、不同的温度范围、专门设计制造, 一般在 -25℃至 + 80℃各种温度范围。可根据用户要求 定制其他温度范围。 温控系统也可以通过电脑控制,可以执行任何种类的温 度试验程序。