一种连续可调的风洞实验线性阻尼装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，包括刚性绝缘杆、金属片、连接板、电磁铁、电线、滑动变阻器、电源。可以提供线性、连续可调的竖向/扭转阻尼，竖向和扭转阻尼比可以独立调整，不存在传统阻尼器无法连续可调、线性度差、易受模型静风变位影响等问题。本装置安装方便、构造简单，能够在大静风变形和大振幅下获得线性、稳定的结构阻尼，且可以实现阻尼系数的连续调整，为土木结构风洞测试提供可靠的结构阻尼。提供可靠的结构阻尼。提供可靠的结构阻尼。

【技术实现步骤摘要】
一种连续可调的风洞实验线性阻尼装置


[0001]本专利技术属于土木结构风洞测试
，涉及一种风洞实验装置，具体涉及一种连续可调的风洞实验线性阻尼装置。

技术介绍

[0002]弹簧悬挂节段模型风洞实验是测量大量土木柔性结构风致振动响应(颤振、驰振、涡振、抖振等)的一种重要方法，也是识别钝体断面气动参数的一种主要方法，这些土木柔性结构包括桅杆、桥梁主梁、吊杆、桥塔、拉索、输电线等等。弹簧悬挂节段模型风洞测试的一项重要要求是通过阻尼装置模拟实际结构的阻尼特性，有时也需要改变结构阻尼比的大小，以考察在实际结构施加阻尼器对风致振动的抑制效果。在风洞测试过程中，需要模型振动系统的结构阻尼特性是线性、连续可调的，且需要保证在风致大振幅振动和大静风变形时，结构阻尼特性保持稳定。
[0003]传统在风洞测试中施加结构阻尼的装置包括：在拉伸弹簧上附加钢丝圈阻尼器、在吊臂上施加TMD阻尼器、在拉伸弹簧上缠绕胶带等，存在如下问题：
[0004](1)无法连续调整竖向和扭转阻尼，一般需要多次试错来“逼近”所需要的阻尼值，阻尼的误差不可避免；
[0005](2)结构阻尼系数随模型振幅而显著变化；
[0006](3)结构阻尼系数随模型的静风变形而变化。
[0007]传统施加结构阻尼装置存在的上述缺陷，会对风洞测试结果造成显著的误差，因此，研发一种新的阻尼装置来提供线性、连续可调的结构阻尼，一直是申请人关注的热点课题。

技术实现思路

[0008]针对土木柔性结构风洞振动测试中施加结构阻尼的需要，本专利技术的目的在于，提供一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，以避免振动试验中大静风变形和大振幅的干扰，保证竖向/扭转阻尼为线性、且可连续可调。
[0009]为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：
[0010]一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，包括刚性绝缘杆、圆形金属片、连接板、电磁铁、电线、滑动变阻器、电源、吊臂、拉伸弹簧和刚性试验模型；其特征在于，所述刚性绝缘杆与圆形金属片通过细螺栓连接，刚性绝缘杆上端与连接板固结；连接板通过胶带偏心固定于吊臂上；电磁铁、滑动变阻器和电源通过电线连接，形成一个闭合的直流电路，电流可通过滑动变阻器连续调整，从而在两层电磁铁之间形成一个近似均匀的磁场，通过改变滑动变阻器的电阻可以连续调整该磁场强度的大小；刚性试验模型两端与吊臂固结，刚性试验模型在风洞风场的激励下进行竖向/扭转运动，吊臂连同拉伸弹簧和圆形金属片随刚性试验模型同步进行竖向/扭转运动；金属片在运动过程中电磁铁附近的磁感线在其内部形成涡电流，电磁铁附近的磁场对涡电流产生阻尼力。
[0011]本专利技术的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，与传统施加结构阻尼装置相比，带来的技术效果是，可以有效地实现土木结构风洞振动测试中结构阻尼比的连续调整，且阻尼系数保持为常数，不受模型大振幅振动和静风变形的影响，显著提高风洞试验测试的精度。该装置构造简单、易于安装调试、经济性好。
附图说明
[0012]图1是附加了本专利技术的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的弹簧悬挂节段模型试验装置示意图；
[0013]图2是本专利技术的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的阻尼参数设计计算简图，其中，(a)图是竖向阻尼计算简图，(b)图是扭转阻尼计算简图；
[0014]图3是施加了本专利技术的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的阻尼比随振幅变化示例；
[0015]图4是本专利技术的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的阻尼比随电流变化示例；
[0016]图中的标记分别表示：1、刚性绝缘杆；2、金属片；3、连接板；4、电磁铁；5、电线；6、滑动变阻器；7、电源；8、吊臂；9、拉伸弹簧；10、刚性试验模型。
[0017]以下结合附图和实施例，对本专利技术作进一步地详细说明。
具体实施方式
[0018]本专利技术的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，其理论依据是通过固定于模型吊臂上的金属片在电磁铁提供的磁场中切割磁感线，在金属片内形成电涡流，获得与竖向/扭转速度成正比的线性电涡流阻尼力，通过滑动变阻器连续调整电磁铁内的电流强度，进而连续改变电磁铁周围的磁场强度，实现线性电涡流阻尼系数的连续调整。由于金属片受到的电涡流阻尼力仅与电磁铁周围的磁场强度、金属片的电阻和几何特性有关，因此电涡流阻尼系数在模型静风变形和大振幅振动过程中保持不变。
[0019]如图1所示，本实施例给出一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，包括刚性绝缘杆1、金属片2、连接板3、电磁铁4、电线5、滑动变阻器6、电源7、吊臂8、拉伸弹簧9和刚性试验模型10。其中，刚性绝缘杆1的上端与连接3固定，下端与金属片2通过细螺栓固定，连接板3与吊臂8通过胶带固定；金属片2和电磁铁4在刚性试验模型10两端对角布置，以使得阻尼特性分布均匀；电磁铁4、滑动变阻器6和电源7通过电线5连接形成一个闭合电路，两块电磁铁4间隔一定距离布置以形成一个近似均匀的磁场(图1中只显示一个电磁铁4)；刚性试验模型10两端分别与吊臂8固结，则刚性试验模型10在风洞风场的激励下发生竖向/扭转振动，吊臂8驱动金属片2在电磁铁周围运动，切割电磁铁4产生的磁感线从而在圆形金属2内产生涡电流，电磁铁4附近的磁场对涡电流产生阻尼力；通过滑动变阻器6调整电磁铁4内的电流强度，可以改变阻尼力的大小。
[0020]本实施例中，所述金属片2为圆形，材质采用铜或铝，厚度为1mm～3mm。
[0021]根据电磁理论的相关知识，可以计算出该连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置在竖向和扭转方向阻尼系数随电流的变化关系。而且，调整刚性绝缘杆的长度、连接板在吊臂上的偏心距，可以改变竖向阻尼系数与扭转阻尼系数的相对关系。
[0022]具体如下：
[0023]根据电磁理论，电磁铁周围的磁场强度与电流满足如下关系：
[0024][0025]式中，B为电磁铁4的磁场强度；N为励磁线圈的匝数；L0为有效磁路长度；μ0为空气磁导率；I为励磁电流。η0为电路电流与磁场强度之间的转换系数。
[0026]根据图2(a)所示的竖向阻尼系数设计计算图，竖向(y方向)阻尼为：
[0027][0028]式中，F
y
为模型竖向运动时电磁铁4之间的磁场对金属片2施加的竖向阻尼力。B为磁场强度；V
y
为圆形金属片2在y方向运动速度；d和r分别为金属片2的厚度和半径；ρ为金属片2的电阻率，金属片2采用铜制作时，ρ＝1.56
×
10-8
Ω
·
m。
[0029]竖向的电涡流阻尼系数为：
[0030][0031][0032]式中，C
e,y
为竖向阻尼系数；ξ
e,y
为竖向阻尼比；m
e,y
为节段模型在竖向的等效质量；ω
y
为节段模型竖向振动的圆频率。
[0033]根据图2(b)所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，包括刚性绝缘杆(1)、金属片(2)、连接板(3)、电磁铁(4)、电线(5)、滑动变阻器(6)、电源(7)、吊臂(8)、拉伸弹簧(9)和刚性试验模型(10)；其特征在于，所述的刚性绝缘杆(1)与金属片(2)通过细螺栓连接，刚性绝缘杆(1)上端与连接板(3)固结；连接板(3)通过胶带偏心固定于吊臂(8)上；电磁铁(4)、滑动变阻器(6)和电源(7)通过电线(5)连接，形成一个闭合的直流电路，电流可通过滑动变阻器(6)连续调整，从而在两层电磁铁(4)之间形成一个近似均匀的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高广中，李加武，白桦，姚博，韦立博，严庆辰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：