[发明专利]一种用于岩土模型振动试验的模型箱及其设计方法

权利要求书

1.一种用于岩土模型振动试验的模型箱的设计方法，其特征在于，包括：

设计并验算所述模型箱的壁板(1)的尺寸；

计算所述模型箱的自振频率要求值；

计算所述模型箱的所述壁板(1)的第(m，n)阶自振频率以确定所述壁板(1)的振型，所述第(m，n)阶自振频率大于或者等于所述自振频率要求值；

根据振型确定所述壁板(1)的节线，在所述节线上设计加劲肋板(2)；

建立模型箱的有限元模型；

计算所述模型箱的实际自振频率；

判定所述模型箱的所述实际自振频率是否大于或者等于所述自振频率要求值，若是，则结束计算，若否，则返回执行所述根据振型确定所述壁板(1)的节线，在所述节线上设计加劲肋板(2)的步骤。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据振型确定所述壁板(1)的节线，在所述节线上设计加劲肋板(2)的步骤，与所述建立模型箱的有限元模型的步骤之间，还包括：

设计支撑在所述壁板(1)与地面上的落底斜撑(3)，且所述落底斜撑(3)的惯性矩ρ为材料密度、A为模型箱的壁板1的长度、B为模型箱的壁板1的高度、E为弹性模量，g为加速度。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据振型确定所述壁板(1)的节线，在所述节线上设计加劲肋板(2)的步骤与所述建立模型箱的有限元模型的步骤之间，还包括：

设计连接在相邻两个所述壁板(1)上的角部斜撑(4)，且所述角部斜撑(4)的惯性矩ρ为材料密度、A为模型箱的壁板1的长度、B为模型箱的壁板1的高度、E为弹性模量，g为加速度。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述设计并验算所述模型箱的壁板(1)的尺寸的步骤包括：

设计所述模型箱的壁板(1)的长度为A；

设计所述模型箱的壁板(1)的高度为B；

设计所述壁板(1)的厚度其中，p_c＝γ*g*B，γ为重度，g为加速度；[σ]^t为材料容许拉应力；α为关于B/A比值的函数；

计算所述模型箱的壁板(1)的实际挠度式中，E取材料弹性模量；β为关于B/A比值的函数；

计算所述模型箱的壁板(1)的许用挠度

判定所述实际挠度f_w是否小于或者等于所述许用挠度[f]，若是，则执行所述计算所述模型箱的自振频率要求值的步骤。

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述计算所述模型箱的自振频率要求值的步骤包括：

勘察场地覆盖土层并建立多层土模型；

计算多层土模型的振动周期式中，h_i为各土层的厚度，v_si为各土层的剪切波速；

计算所述模型箱的自振频率要求值ω＝2π/T。

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述计算所述模型箱的所述壁板(1)的第(m，n)阶自振频率以确定所述壁板(1)的振型，所述第(m，n)阶自振频率大于或者等于所述自振频率要求值的步骤包括：

简化所述壁板(1)为矩形板壳结构；

计算所述壁板(1)的弯曲刚度式中，E取材料弹性模量，δ为所述壁板(1)的厚度，μ为所述壁板(1)的泊松比；

计算所述壁板(1)的第(m，n)阶自振频率为以确定振型，且满足ω≤ω_mn，式中，s为所述壁板(1)的单位面积质量，L_a、L_b分别为所述壁板(1)的两个方向长度。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述计算所述模型箱的实际自振频率的步骤包括：

采用有限元分析计算所述模型箱的实际自振频率。