动力试验

      结构试验的内容之一，借以观察和研究飞行器结构或构件的基本动力特性以及在各种环境下的动态稳定性和耐受能力，是验证飞行器动态性能和动力分析正确性的重要手段。动力试验的具体项目较多，主要的项目有动力特性试验、颤振试验、摆振试验、落震试验和振动冲击环境试验。

       动力特性试验主要测试全机或部件的固有频率、固有模态、广义阻尼、广义质量等动力特性（见动强度分析）。

      

一般的试验方法是用激振、测量设备使试件产生简谐强迫振动，测出共振频域的反应，这称为地面共振试验。60年代后期又研究出机械阻抗测试技术、瞬态激振测试技术和随机激振测试技术，这些技术需要应用电子计算机进行数据处理以求出结构动力特性。激振设备包括激振器和振动台，前者适用于大型结构试件，后者适用于小型模型和零、构件试件。激振器和振动台都有机械式、电动式和电动液压式（简称电液式）三种型式。振动测量传感器可按多种原理制成，现代测量技术中应用电子计算机进行数据采集、分析、处理，并开始应用激光全息摄影法测量振动位移。在大型结构试验中，为了模拟飞行状态须将试件用柔软的悬挂系统（如橡皮绳、拉伸弹簧）或支垫系统（如空气弹簧、气垫、充低气压的轮胎）支持（图1）。对于火箭，为模拟起飞状态，试件要处于竖直状态,须建造相应的塔式装置,称为火箭振动试验塔（见火箭振动特性试验）。

        颤振试验主要采用模型试验方法，相对飞行速度可借助风洞、高速携带装置、飞机投放等办法实现。

       摆振试验主要采用实物试验方法，可借助摆振台、以大飞轮模拟跑道实现相对滑跑速度(图2)，或用试验车、真实飞机等在机场跑道上滑跑实现。

       落震试验用落震试验台模拟着陆冲击条件，借以确定起落架吸收飞行器着陆冲击能量的性能。较全面的模拟条件包括机翼升力（用仿升装置）、机轮带转、着陆姿态、侧向撞击、起落架收放过程等因素。

       振动冲击环境试验验证飞行器部件或附件在规定的振动或冲击环境下的耐振强度、工作稳定性。试验在振动台或冲击试验台上进行。对于飞机还有模拟噪声环境的声振试验，座舱风挡玻璃等的耐鸟撞试验等。航天器和火箭的试验项目则更多。（见动力学环境试验）

动力触探试验

1、试验目的和适用范围 、

动力触探是利用一定的锤击能量，将一定规格的探头和探杆打（贯）入土中，根据贯入 的难易程度即土的阻抗大小判别土层变化，进行力学分析，评价土的工程性质。通常以贯入 土中的一定距离所需锤击数来表征土的阻抗， 以此与土的物理力学性质建立经验关系， 用于 工程实践。 动力触探可分为轻型、重型和特重型。轻型动力触探可确定一般粘性土地基承载力；重 型和特重型动力触探可确定中砂以上的砂类土和碎石类土地基承载力， 测定圆砾土、 卵石土 的变形模量。 动力触探还可以用于查明地层在垂直和水平方向的均匀程度和确定桩基承载力。

2、动力触探所用主要设备 、

1)动力触探设备类型和规格应符合表 17.36 的规定。 2)动力触探设备主要参数应符合下列要求： (1)轻型动力触探探头外型尺寸应符合图 17.14 规定。材料应采用 45 号碳素钢或采用优 于 45 号碳素钢的钢材。表面淬火后硬度 HRC=45～50. (2)重型：特重型动力触探设备应符合以下要求： ①探头：外型尺寸应符合图 17.14 规定，材质应符合 17.14.2、2)款要求。 表 17.36 动力触探设备类型和规格

重锤质量 类型及代号 （kg） 轻型 DPL 重型 DPH 特重型 DPSH 10±0.2 63.5±0.5 120±1.2 （cm） 50±2 76±2 100±2 重锤落距 探头截面积

2

探杆外径 （mm） 25 42、50 50

动力触探击数 符号 N10 N63.5 N120 单位 击/30cm 击/10cm 击/10cm

（cm ） 13 43 43

图 17.14 轻型动力触探探头外形尺寸

图 17.15 重型、特重型动力触探探头外形尺寸 ②探杆：每米质量不宜大于 7.5kg。探杆接头外径应与探杆外径相同。探杆和接头材料 应采用耐疲劳高强度的钢材。 ③锤座直径应小于锤径 1/2，并大于 100 ㎜；导杆长度应满足重锤落距的要求，锤座和 导杆总质量为 20～25kg。 ④重锤应采用圆柱形，高径比 1～2。重锤中心的通孔直径应比导杆外径大 3～4 ㎜。

3、试验要点 、

1)动力触探作业前必须对机具设备进行检查，确认正常后，方可启动。部件磨损及变形 超过下列规定者，应予更换或修理。 (1)探头允许磨损量：直径磨损不得大于 2mm，锥尖高度磨损不得大于 5mm； (2)每节探杆非直线偏差不得大于 0.6％； (3)所有部件连接处丝扣应完好，连接紧固。 2)动力触探机具安装必须稳固，在作业过程中支架不得偏移；动力触探时，应始终保持 重锤沿导杆垂直下落，锤击频率应控制在 15～30 击/min；动力触探的锤座距孔口高度不宜 超过 1.5cm，探杆应保持竖直。 3)轻型动力触探作业时，应先用轻便钻具钻至所需测试土层的顶面，然后对该土层连续 贯入。当贯入 30cm 的击数超过 90 击或贯入 15cm 超过 45 击时，可停止作业。如需对下卧 层进行测试，可用钻探方法穿透该层后继续触探。 4)轻型动力触探应每贯入 30cm 记录其相应击数。 5)根据地层强度的变化，重型和特重型动力触探可互换使用。重型动力触探实测击数大 于 50 击/10cm，宜改用特重型；当重型动力触探实测击数小于 5 击/10cm 时，不得采用特重 型动力触探。 6)在预钻孔内进行重型或特重型动力触探作业，钻探孔径大于 90cm、孔深大于 3m；实 测击数大于 8 击/10cm 时，可用小于或等于 90cm 的孔壁管下放至孔底或用松土回填钻孔， 以减小探杆径向晃动。 7)重型、特重型动力触探应每贯入 10cm 记录其相应击数。地层松软时，可采用测量每 阵击（一般为 1～5 击）的贯入度，并按式(17-57)换算成相当于同类型动力触探贯入 10cm 时的击数。

N

63 . 5

= =

10 n （17-57） ∆ s 10 n （17-58 ） ∆ s

N

120

s 其中 : N 63.5 , N120为重型, 特重型动力触探实测击数(击 / 10cm); n为每阵击的击数; ∆ 为每阵击的下贯入量(cm) s

4、资料整理与计算 、

1)动力触探记录应在现场时行初步整理，并对记录的击数和贯入尺寸进行校核和换算。 2)轻型动力触探应以每层实测击数的算术平均值作为该层的触探击数平均值 N10。 3)重型动力触探应以每层实测击数的算术平均值作为 N63.5， 同时还应按式(17-59)进行杆 长击数修正：

' N 63 .5 = α N 63 .5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅(

其中 :

（17-59）

α : 杆长击数修正系数 , 可按表 17 .35 确定

' N 63 .5 : 重型动力触探修正后击 数 (击 / 10 cm )

表 17.37 杆长击数修正系数值1 击数 杆长 5 1.0 0.96 0.93 0.90 0.88 0.85 0.82 0.79 0.77 0.75 10 1.0 0.95 0.90 0.86 0.83 0.79 0.76 0.73 0.70 0.67 15 1.0 0.93 0.88 0.83 0.79 0.75 0.71 0.67 0.63 0.59 20 1.0 0.92 0.85 0.80 0.75 0.70 0.66 0.62 0.57 0.53 25 1.0 0.90 0.83 0.77 0.72 0.67 0.62 0.57 0.53 0.48 30 1.0 0.89 0.81 0.75 0.69 0.64 0.58 0.54 0.49 0.44 35 1.0 0.87 0.79 0.73 0.67 0.61 0.56 0.51 0.46 0.41 40 1.0 0.86 0.78 0.71 0.64 0.59 0.53 0.48 0.43 0.39

≥50 -0.84 0.75 0.67 0.61 0.55 0.50 0.45 0.40 0.36

≤2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

4)特重型动力触探的实测击数， 应先按式(17-60)换算成相当于重型动力触探的实测击数 后，再按式(17.59)进行修正。

N 635 = 3 N 120 − 0 .5 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (17 − 60 )

5)根据修正后的动力触探击数，应绘制动力触探击数与贯入深度曲线图（图见 17.13） 。 6)地基土力学分析层应根据动力触探击数与贯入深度曲线图，结合场地地质资料进行。 由软层（小击数）进入硬层（大击数）时，分层界限应在软层最后一个小值点以下 10～20cm 处；由硬层进入软层时，分层界线应在软层第一个小值点以上 10～20cm 处。

1

表格内数值可以线性内插

7)分层后各层动力触探击数平均值的确定，应符合下列要求： (1)在各层土的厚度范围内，划分出地层界面处上、下土层影响击数的范围，中间部分 。 称为该层的有效厚度 Hh（见图 17.16） (2)在有效厚度范围内，剔除少量击数特殊大值（剔除点的数量不应超过有效厚度内测 点当数的 10％） ，余留部分为该层动力触探的有效击数。 (3)重型动力触探击数平均值 N 63.5 取该层动力触探有效击数的算术平均值,即式(17-61)

N 63 .5 = 其中 : n : 参加统计的测点数

n

∑N

1

' 63 . 5

/ n ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅(

（17-61）

图 17.16 动力触探击数与贯入深度的关系 8)有效厚度小于 0.3m 时，动力触探击数平均值可按下列原则确定： (1)当上、下均为击数较小的土层时， N 63.5 可取该土层触探击数的最大值

' ( N 63.5 ) max

；

(2)当上、下均为击数较大的土层时， N 63.5 应取小于或等于该层土触探击数的最小值

' ( N 63.5 ) min

。

9)根据黏性土的 N10 ，按表 17.38 确定其基本承载力 σ 0

表 17.38 黏性土 σ 0 值（kPa）2 N10(击/30cm) 15 100 20 140 25 180 30 220

σ0

10)可根据场地土层的 N63.5，按表 17.39 确定冲击、洪积成因的中砂～砾砂土地基和碎 石类土地基的基本承载力 σ 0 。 表 17.39 中砂～砾砂土、碎石类土 σ 0 值（kPa） N63.5(击/10cm) 中砂～砾砂土 碎石类土 N63.5(击/10cm) 碎石类土 3 120 140 16 600 4 150 170 18 660 5 180 200 20 720 6 220 240 22 780 7 260 280 24 830 8 300 320 26 870 9 340 360 28 900 10 380 400 30 930 12 -480 35 970 14 -540 40 1000

11)基本承载力用于设计时，应进行基础宽度及埋深修正。修正公式应符合现行《铁路 桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5）中有关规定。可根据地基土的 N 63.5 值按表 17.40 及 表 17.41 确定公式中的修正系数。 表 17.40 宽度、深度修正系数3

土的 类型 Q4 的冲、洪积 的冲、 粉砂 土 Q3 及以 残积 前的冲、 前的冲、 土 IL< 0.5 IL≥ 0.5 洪积土 中 密实 密 密 实 中 密 中密 实 密 实 密 实 密 实 密 中 密 中 密 中 密 土 细砂 中砂 砾砂粗砂 砾土角砾 卵石土 粘性土 砂类土 碎石类土 碎石土圆

k1 k2

0 2.5

0 1.5

0 2.5

0 1.5

1 2

1.2 2.5

1.5

2 4

2

3

3

4

3

4

3

4

3

按表 17.39 取值

表 17.41 中砂～碎石类土深度修正系数

2

表格内数值可以线性内插

3

节理发育或很发育的风化岩石，k1，k2 可参照碎石类土的修正系数，但对已风化成砂、土状者，则取 用砂类土、粘性土的修正系数； 稍密状态的砂类土和松散状态的碎石类，k1 值可采用表列中密值的 50%； 冻土的 k1=0、k2=0

N 63.5

k2

≤4 1

4~6 2

6~10 3

10~15 4

15~20 5

20~25 6

25~32 7

32~40 8

>40 9

12) 可根据场地土层的 N10 ，按表 17.42 确定粘性土地基极限承载力 p µ 。 表 17.42 一般粘性土 p µ 值4

N10 (击/30cm) 击

15 180

20 260

25 330

30 400

pµ

13) 可根据场地土层的 N 63.5 按表 17.43 确定冲积、洪积成因的中砂~砾砂土地基和碎石 类土地基的极限承载力 p µ 。 表 17.43 中砂~砾类土、碎石类土 p µ 值(kPa)5

N 63.5 (击/10cm) 击

中砂～ 中砂～砾砂土 碎石类土

3 240 320 16 1390

4 300 390 18 1530

5 360 460 20 1670

6 440 550 22 1810

7 520 645 24 1930

8 600 740 26 2020

9 680 835 28 2090

10 760 930 30 2160

12 -1100 35 2260

14 -1250 40 2330

N 63.5 (击/10cm) 击

碎石类土

14. 可根据场地土层的 N 63.5 按表 17.44 确定冲、洪积卵石土和圆砾土地基的变形模量 E0。 表 17.44 卵石土、圆砾土 E0 值(MPa)

N 63.5 (击/10cm) 击

E0

3 9.9 18 42.8

4 11.8 20 46.6

5 13.7 22 50.4

6 16.2 24 53.6

8 21.3 26 56.1

10 26.4 28 58.0

12 31.4 30 59.9

14 35.2 35 62.4

16 39.0 40 64.3

N 63.5 (击/10cm) 击

E0

4

表内数值可以线性插入；

5

p µ 的变异系数δ为 0.291 p µ 变异系数δ分别为 0.248 和 0.210

中砂～砾砂土、碎石类土