本发明专利技术属于力学及航天技术领域，具体提供了一种用于索结构动态行为验证的实验装置，包括可转动支座、导轨、柔索支架、绳索驱动系统和柔索；可转动支座包括两个活动连接在一起的分支座，每个分支座上均固定有导轨；柔锁支架包括两个可滑动柔索支架和一个固定柔索支架，每个分支座的导轨分别滑动连接有一个可滑动柔索支架，固定柔索支架固定在分支座的活动连接端；分支座上分别固接有绳索驱动系统，该绳索驱动系统与所在分支座上的可滑动柔索支架相联接；柔索的一端固定在可滑动柔索支架上，另一端固定在固定柔索支架上。本发明专利技术实现了在多种位置分布下，不同速度的多种索结构的动态行为实验，具有实验装置结构简单，测量数据完备的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种用于索结构动态行为验证的实验装置
本专利技术属于力学及航天
，特别是一种用于索结构动态行为验证的实验装置，可应用于索网从松弛到张紧全过程的验证。
技术介绍
索结构被大量应用在建筑、热气球、渔网捕捞、空间可展开结构等领域，其静态结构分析已有较多研究，从结构平衡方程、力密度法等角度入手，通过优化求解中间无约束节点位置，可获得边界固定时的索结构形态及索内张力。然而，针对渔网、空间可展开结构等研究对象，索结构并非固定，而是一个动态的变化过程。以空间可展开结构为例，随着空间可展开结构口径的不断增大，其大柔性、非线性、多状态等特点凸显出来。可展开结构的展开过程是一个复杂的非线性理学过程，是从不稳定状态到稳定状态、从机构到结构的转化，也是最易出现故障的环节之一。国内对于柔性、间隙、摩擦等非线性因素对展开过程的影响已有深入研究，但索结构张力因素对于展开过程的影响机理尚不明确。索结构发射时被收拢于桁架结构中间，随桁架结构的展开而逐渐张紧，最终形成所设计的天线形面。索属于柔性结构，具有大位移小应变、几何非线性的特点；同时，索段的初始位置是随机的，导致展开过程中松弛索结构形态呈现出一定的随机性；此外，展开过程中科氏加速度和惯性加速度会使索结构偏离静态结构平衡状态，因而此刻的索结构形态是由上一时刻的结构形态及外载荷共同决定的；最后，展开末段索段张紧时，其张力往往较大，引起桁架变形，反过来桁架变形又会作为外载荷影响索结构形态及内力分布。因而，随着天线展开，索结构和桁架结构间会产生一个复杂变化的非线性作用力，将对天线的展开过程产生不可忽略的影响。由于动态松弛索结构力学特性的复杂性，其研究不应单从理论推导的角度开展，同时应建立一个有效的实物模型，以实现两个功能：一方面，通过实验获取海量数据，从而归纳总结出一定的规律性，指导理论研究；另一方面，该实物模型可作为实验装置，验证理论力学模型的正确性及有效性。从这两个功能需求出发，首先，该实物模型应具备一定复杂度，它要同时满足不同条件下，简单二维索结构与复杂三维索结构试验的需求；其次，该实物模型又应结构简单，以应对不同结构形式的索结构的快速连接，同时保证了在摄影测量时不遮挡索网，获得完备的测量数据。该实物模型具有专用性，需要特殊设计，然而，现有公开资料中并未见到能满足需求的实验装置的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术缺点，满足上述功能要求，提供一种用于索结构动态行为验证的实验装置，以实现对理论研究的验证、修正及启发作用。实现本专利技术的技术方案是：一种用于索结构动态行为验证的实验装置，包括可转动支座、导轨、用来固定柔索(5)的柔索支架、绳索驱动系统；所述可转动支座包括两个活动连接在一起的分支座，每个分支座上均固定有导轨；所述柔索支架包括两个可滑动柔索支架和一个固定柔索支架，每个分支座的导轨分别滑动连接有一个可滑动柔索支架，固定柔索支架固定在分支座的活动连接端；所述分支座上分别固接有绳索驱动系统，该绳索驱动系统与所在分支座上的可滑动柔索支架相联接。上述分支座为直杆状，且活动链接的部位在两个分支座的端头；所述导轨沿杆长方向设置。上述的两个分支座通过支座接头进行活动连接；所述支座接头包括一个连接片和4个接头片；所述连接片的两端分别设有连接片接点，所述接头片呈Z字形，其一端设有连接片接点，另一端设有分支座接点；所述连接片的每个端头分别与2个接头片通过铰链穿过连接片接点相铰接；所述分支座连接点与分支座通过螺钉固接。上述导轨包括轨道及固定于轨道两端并且同时固定于分支座上的轨道固定接头。上述轨道固定接头通过设于其上的导轨孔与轨道相固定，所述导轨孔是一个用于插入并固定轨道端头的凹槽。上述导轨内部为中空结构，所述导轨孔底部设有与该中空结构相连通的供绳索驱动系统的驱动索通过的驱动索通孔。上述可滑动柔索支架包括标杆一、撑杆、标杆滑块、撑杆滑块、连接块以及连接条；所述标杆一上设有若干固定柔索的柔索孔，标杆一的下端固接在位于标杆滑块上端的标杆孔一中，同时标杆一的中部穿过并固接在位于连接块上的标杆孔二中，该标杆孔二竖直贯通所述连接块的中部；所述撑杆的下端铰接在设于撑杆滑块上端的撑杆铰链孔一中，上端铰接在位于连接块左端的撑杆铰链孔二中；所述轨道为一直杆，所述标杆滑块上还设有用于穿过轨道的导轨孔一；所述撑杆滑块上也设有用于穿过轨道的导轨孔二；所述连接条的左端固接撑杆滑块，右端固接标杆滑块。上述固定柔索支架包括标杆二和标杆接头；所述的标杆二上设有若干固定柔索的柔索孔，标杆二的下端固接在设于标杆接头上端的标杆孔三中，标杆接头的下端固定在其中一个分支座上。上述绳索驱动系统包括1个伺服驱动电机和2个导向滑轮组以及驱动索；所述伺服驱动电机固定于所在分支座的端头上，且该端头与连接支座接头的端头相对；所述的两个导向滑轮组分别固接在所在分支座的两端，且和位于该分支座同一端的轨道端头相邻；所述驱动索绕过导向滑轮组后，该驱动索的一端固接在伺服驱动电机的转轴上，另一端固接在所在分支座上的可滑动柔索支架上。上述导向滑轮组由2个滑轮以及2个L形支片组成；所述的2个滑轮在竖直方向上下分布，且该2个滑轮的中心轴线位于同一平面内；所述的2个L形支片的竖直面分别铰接在滑轮的左右两侧；2个L形支片的水平面固接在轨道端头处的分支座上，且所述滑轮的中心轴线与轨道长度方向相垂直。本专利技术的有益效果：本专利技术通过伺服驱动电机拖动可滑动柔索支架在轨道上运动实现索结构边界的动态运动模拟，通过两个可相对转动的分支座实现索结构三维运动实验。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术由于采用了可滑动柔索支架与绳索驱动系统，可实现在多种位置分布下，不同速度的索结构边界的一维动态行为的实验。2.本专利技术由于采用了可转动支座与绳索驱动系统，可实现在多种空间位置分布下，不同速度的三维索结构动态行为的实验。3.本专利技术由于采用了固定柔索支架与可滑动柔索支架来固定柔索，实验装置结构简单，在测量时不遮挡索网，保证了摄影测量数据的完备性。下面结合附图，对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1是本专利技术的整体结构图；图2是本专利技术中的支座接头结构示意图；图3是本专利技术中的支座接头与分支座连接关系示意图；图4是本专利技术中的轨道固定接头结构示意图；图5是本专利技术中的导轨与分支座固接关系示意图；图6是本专利技术中的标杆滑块结构示意图；图7是本专利技术中的撑杆滑块结构示意图；图8是本专利技术中的连接块结构示意图；图9是本专利技术中的可滑动柔索直接组装关系示意图；图10是本专利技术中的固定柔索支架与分支座固接关系示意图；图11是本专利技术中的导向滑轮组结构示意图；图12是本专利技术中的绳索驱动系统的一种工作方式示意图；图13是本专利技术中的绳索驱动系统的另一种工作方式示意图；图14是本专利技术中的绳索驱动系统的一种工作方式下，驱动索绕过远离支座接头的导向滑轮组连接关系示意图；图15是本专利技术中的绳索驱动系统的一种工作方式下，驱动索绕过接近支座接头的导向滑轮组连接关系示意图；图16是本专利技术中的绳索驱动系统的另一种工作方式下，驱动索绕过远离支座接头的导向滑轮组连接关系示意图；图17是本专利技术中的柔索的一种连接关系示意图；图18是本专利技术中的柔索的另一种连接关系示意图；图19是本专利技术中的标杆接头结构示意图。附图标记说明：1、可转动支座；2、导轨；3、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：包括可转动支座(1)、导轨(2)、用来固定柔索(5)的柔索支架(3)、绳索驱动系统(4)；所述可转动支座(1)包括两个活动连接在一起的分支座(11)，每个分支座(11)上均固定有导轨(2)；所述柔锁支架(3)包括两个可滑动柔索支架(31)和一个固定柔索支架(32)，每个分支座(11)的导轨(2)分别滑动连接有一个可滑动柔索支架(31)，固定柔索支架(32)固定在分支座(11)的活动连接端；所述分支座(11)上分别固接有绳索驱动系统(4)，该绳索驱动系统(4)与所在分支座(11)上的可滑动柔索支架(31)相联接。
【技术特征摘要】
1.一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：包括可转动支座(1)、导轨(2)、用来固定柔索(5)的柔索支架(3)、绳索驱动系统(4)；所述可转动支座(1)包括两个活动连接在一起的分支座(11)，每个分支座(11)上均固定有导轨(2)；所述柔索支架(3)包括两个可滑动柔索支架(31)和一个固定柔索支架(32)，每个分支座(11)的导轨(2)分别滑动连接有一个可滑动柔索支架(31)，固定柔索支架(32)固定在分支座(11)的活动连接端；所述分支座(11)上分别固接有绳索驱动系统(4)，该绳索驱动系统(4)与所在分支座(11)上的可滑动柔索支架(31)相联接。2.如权利要求1所述的一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：所述分支座(11)为直杆状，且活动链接的部位在两个分支座(11)的端头；所述导轨(2)沿杆长方向设置。3.如权利要求2所述的一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：所述的两个分支座(11)通过支座接头(12)进行活动连接；所述支座接头(12)包括一个连接片(121)和4个接头片(122)；所述连接片(121)的两端分别设有连接片接点(1222)，所述接头片(122)呈Z字形，其一端设有连接片接点(1222)，另一端设有分支座接点(1221)；所述连接片(121)的每个端头分别与2个接头片(122)通过铰链穿过连接片接点(1222)相铰接；所述分支座连接点(1221)与分支座(11)通过螺钉固接。4.如权利要求3所述的一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：所述导轨(2)包括轨道(21)及固定于轨道两端并且同时固定于分支座(11)上的轨道固定接头(22)。5.如权利要求4所述的一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：所述轨道固定接头(22)通过设于其上的导轨孔(221)与轨道(21)相固定，所述导轨孔(221)是一个用于插入并固定轨道端头的凹槽。6.如权利要求5所述的一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：所述导轨(2)内部为中空结构，所述导轨孔(221)底部设有与该中空结构相连通的供绳索驱动系统(4)的驱动索(43)通过的驱动索通孔(222)。7.如权利要求4所述的一种用于索结构动态行为验证的实验装置，其特征在于：所述可滑动柔索支架(31)包括标杆一(311)、撑杆(312)、标杆滑块(313)、撑杆滑块(314)、连接块(31...
【专利技术属性】
技术研发人员：张逸群，茹文锐，郝佳，杨东武，杜敬利，李申，丁波，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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