(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211047661.0 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区津北公路2898 号 (72)发明人 陈宇　吴堃　吕杨　黄信　李长辉　 齐麟　 (74)专利代理 机构 天津才智专利商标代理有限 公司 12108 专利代理师 庞学欣 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 30/20(2020.01) G01M 7/02(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种土-结构超重缩尺模型动力相似设计方 法 (57)摘要 一种土‑结构超重缩尺模型动力相似设计方 法， 该方法将几何尺寸矢量化， 首先根据土和结 构的原型质量、 离心机振动台设备参数综合确定 几何相似常数， 从而确定离心机重力场， 然后测 定原型结构和土体的密度和弹性模量物理量， 选 定缩尺模型结构的材料， 测定缩尺模 型结构的密 度和弹性模量物理量， 利用动力平衡方程并根据 结构频率与土体频率的相似性一致为原则推导 确定地震作用方向的几何相似常数， 最终根据量 纲协调原理完成试验缩尺模型相似设计。 本发明 用于单向地震作用下土 ‑结构缩尺模型的离心机 振动台动力试验， 能够准确还原原型结构的动力 响应特性， 且该方法简单实用， 易于试验应用。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115422802 A 2022.12.02 CN 115422802 A 1.一种土 ‑结构超重缩尺模型动力相似设计方法， 其特征在于： 所述土 ‑结构超重缩尺 模型动力相似设计方法包括按顺序进行的下列步骤： 步骤一： 根据离心机振动台试验设备的最大有效负载和原型结构的质量， 确定出重力 相似常数Sg； 步骤二： 通过 材料试验确定出原型 结构和土体的表 观密度及弹性模量； 步骤三： 选定试验用缩尺模型结构的材料， 通过材料试验确定出缩尺模型结构的表观 密度及弹性模量； 选定缩尺模型土体的材料与原型土体的材料相同， 密度及弹性模量与上 述步骤二中原型土体的表观密度及弹性模量相同， 结合上述步骤二中原型结构的表观密度 及弹性模量， 最终确定出缩尺模型结构的密度相似常数Sρ和弹性模量相似常数SE， 以及缩尺 模型土体的密度相似常数Sρ soil和弹性模量相似常数SEsoil； 步骤四： 利用上述步骤一确 定的重力相 似常数Sg与几何相似常数的关系确定出几何相 似常数Sl； 步骤五： 以结构频率与土体频率的相似性一致为原则， 基于上述步骤三至步骤四的结 果， 利用动力平衡方程， 确定出地震作用方向的几何相似常数Slx； 步骤六： 基于上述步骤三至步骤五的结果， 利用量纲协调原 理， 确定出缩尺模型结构的 各物理量相似常数。 2.根据权利要求1所述的土 ‑结构超重缩尺模型动力相似设计方法， 其特征在于： 在步 骤一中， 所述确定出重力相似常数Sg的方法为： 重力相似常数Sg与离心机振动台试验设备的最大有效负载Ng和原型结构的质量m的关 系应满足下式： 且重力相似常数Sg不应超过离心 机振动台试验设备能够承受的设计最大重力相似常数 的2/3。 3.根据权利要求1所述的土 ‑结构超重缩尺模型动力相似设计方法， 其特征在于： 在步 骤三中， 所述缩尺模 型结构的材料选用钢材、 铝合金或有机玻璃； 缩尺模型结构的密度相似 常数Sρ＝缩尺模型结构的表观密度/原型结构的表观密度， 缩尺模型结构的弹性模量相似 常数SE＝缩尺模型结构的弹性模量/原型结构的弹性模量； 由于缩尺模型土体 的表观密度 和弹性模量与原型土体的表观密度和弹性模量相同， 因此缩尺模型土体的密度相似常数 Sρ soil＝1， 弹性模量相似常数SEsoil＝1。 4.根据权利要求1所述的土 ‑结构超重缩尺模型动力相似设计方法， 其特征在于： 在步 骤四中， 所述重力相似常数Sg与几何相似常数Sl的关系为： 5.根据权利要求1至4中任一项所述的土 ‑结构超重缩尺模型动力相似设计方法， 其特 征在于： 在步骤五 中， 设结构的频率相似常数Sf与土体的频率相似常数Sfsoil相等， 那么地震 作用方向的几何相似常数为Slx的表达式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422802 A 2式中： SEsoil为缩尺模型土体的弹性模量相似常数； Sρ soil为缩尺模型土体的密度相似常 数； SE为缩尺模型结构的弹性模量相 似常数； Sρ为缩尺模型结构的密度相似常数； Sl为几何 相似常数。 6.根据权利要求5所述的土 ‑结构超重缩尺模型动力相似设计方法， 其特征在于： 在步 骤六中， 所述利用量纲 协调原理， 确定出缩尺模型 结构的各物理量相似常数为： 缩尺模型结构的质量相似常数Sm＝SρSlxSl2、 地震作用方向加速度相似常数Sax＝ SlxSEsoil/(Sρ soilSl2)、 地震作用方向集中力相 似常数SF＝SρSlxSl2Sax以及力矩相 似常数SM＝ SFSl。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422802 A 3