• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

差容式地震计机械摆结构分析与优化设计

张涛 王顺晔 洪利 高强 韩智明 邱忠超

张涛,王顺晔,洪利,高强,韩智明,邱忠超,2021. 差容式地震计机械摆结构分析与优化设计. 震灾防御技术,16(2):391−397. doi:10.11899/zzfy20210218. doi: 10.11899/zzfy20210218
引用本文: 张涛,王顺晔,洪利,高强,韩智明,邱忠超,2021. 差容式地震计机械摆结构分析与优化设计. 震灾防御技术,16(2):391−397. doi:10.11899/zzfy20210218. doi: 10.11899/zzfy20210218
Zhang Tao, Wang Shunye, Hong Li, Gao Qiang, Han Zhiming, Qiu Zhongchao. Structural Analysis and Optimal Design of Mechanical Pendulum of Differential Capacitance Seismometer[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2021, 16(2): 391-397. doi: 10.11899/zzfy20210218
Citation: Zhang Tao, Wang Shunye, Hong Li, Gao Qiang, Han Zhiming, Qiu Zhongchao. Structural Analysis and Optimal Design of Mechanical Pendulum of Differential Capacitance Seismometer[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2021, 16(2): 391-397. doi: 10.11899/zzfy20210218

差容式地震计机械摆结构分析与优化设计

doi: 10.11899/zzfy20210218
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFC1503801);中央高校基本科研业务费项目(ZY2018011025,ZY20180112);廊坊市科学研究与发展规划自筹经费项目(2018011025);防灾科技学院“金课”建设项目(JK202025)
详细信息
    作者简介:

    张涛,男,生于1988年。硕士研究生。主要从事灾害监测技术与工程安全研究。E-mail:hongli_cidp@163.com

    通讯作者:

    王顺晔,女,生于1981年。副教授。主要从事计算机网络、监测技术与仪器研究。E-mail:448347664@163.com

Structural Analysis and Optimal Design of Mechanical Pendulum of Differential Capacitance Seismometer

  • 摘要: 地震计可对地震信息进行实时采集与记录,在地震预测和地震灾后监测中发挥了重要作用。本文针对差容式地震计机械摆固有频率高的问题,采用有限元分析软件ANSYS建立机械摆有限元模型,对关键结构十字簧片进行静态和模态分析,并对簧片形状进行拓扑优化设计。采用正弦标定法对优化前后机械摆固有频率进行测量。试验结果表明:优化后实际机械摆固有频率降低了17%,由5.3 Hz降为4.4 Hz,证明了优化设计的可行性。
  • 图  1  地震计机械摆工作原理

    Figure  1.  Working principle of seismometer mechanical pendulum

    图  2  差容位移传感器示意

    Figure  2.  Indication of tolerance displacement sensor

    图  3  机械摆

    Figure  3.  Mechanical Pendulum

    图  4  机械摆实体尺寸

    Figure  4.  Solid dimensions of mechanical pendulums

    图  5  机械摆分析模型

    Figure  5.  Analytical Model of mechanical pendulum

    图  6  机械摆一阶振型

    Figure  6.  First-order mode of mechanical pendulum

    图  7  机械摆仿真分析结果

    Figure  7.  Simulation analysis result of mechanical pendulum

    图  8  机械摆固有频率与簧片尺寸关系曲线

    Figure  8.  Curve of relation between natural frequency of mechanical pendulum and Reed size

    图  9  簧片拓扑优化

    Figure  9.  Topology optimization of Reed

    图  10  机械摆优化后仿真分析结果

    Figure  10.  The result of simulation analysis after optimization of mechanical pendulum

    图  11  机械摆固有频率测试系统

    Figure  11.  Test System for natural frequency of mechanical pendulum

    图  12  机械摆固有频率测试曲线

    Figure  12.  Test Curve of natural frequency of mechanical pendulum

    表  1  机械摆网格划分

    Table  1.   Mesh generation of mechanical pendulum

    零件名称网格划分方式单元单元尺寸/mm
    质量块MultiZoneHexa2.0
    摆动支架AutomaticDefault2.0
    十字簧片MultiZoneHexa1.0
    支撑簧片MultiZoneHexa2.0
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    表  2  材料参数

    Table  2.   Material parameters

    材料名称弹性模量/GPa泊松比密度/ kg·m−3零件名称
    黄铜100.000.357 600质量块
    铍青铜105.140.308 300支撑簧片、十字簧片
    71.000.331 050摆动支架
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-21
  • 刊出日期:  2021-06-30

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