一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及风洞试验装置领域，公开了一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置及试验方法，包括风洞内的桥梁模型；桥梁模型的一侧端面设有两个

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及风洞试验装置领域，具体涉及到一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置及试验方法
。

技术介绍

[0002]在我国现西部山区以及跨江跨海铁路线路中，桥梁所占的比重非常之高，桥梁结构也向着超高墩
、
超大跨度
、
轻柔化的方向发展
。
然而，桥梁跨度的增长伴随着桥梁刚度的降低，桥梁结构对风的敏感性增加，这给桥梁抗风稳定性带来严峻的挑战
。
此外，桥梁结构设计还应适应交通车辆复杂化，多样化的要求
。
因此，提高桥梁的抗风稳定性成为桥梁设计
、
研究中至关重要的一环
。
[0003]颤振是桥梁风致振动中极具破坏性的一种自激发散振动，是一种典型的气流与结构振动强烈耦合的效应
。
桥梁颤振的基本原理是气流导致结构振动，结构振动反过来又导致气动力增强，于是振动更加剧烈，最终导致振动发散及结构毁坏
。
在大风区，大跨桥梁颤振问题是桥梁风致振动研究的重中之重
。
颤振导数是桥梁颤振性能分析中必不可少的参数，是表征桥梁断面自激力特征的一组函数
。
[0004]目前，识别桥梁颤振导数的试验方法有自由振动法和强迫振动法，自由振动法虽然试验过程简单，但识别精度不高；而强迫振动法则具有较高的识别精度而被很多学者采用，但强迫振动法实验过程复杂且需要满足实验要求的强迫振动装置
。
>[0005]目前所用到的三自由度强迫振动装置太过复杂且不能适应不同大小的桥梁断面，各类桥梁节段只能依赖固有的装置尺寸来设计试验模型，这导致试验研究工作常常因为试验装置的限制而陷于被动
。
此外，目前所用到的简易二自由度强迫振动试验装置却未能满足大振幅的振动试验需求
。
[0006]为此，本专利技术提出了一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置，以解决上述技术问题
。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题在于目前所用到的三自由度强迫振动装置太过复杂且不能适应不同大小的桥梁断面，各类桥梁节段只能依赖固有的装置尺寸来设计试验模型，而目前所用到的简易二自由度强迫振动试验装置无法满足大振幅的振动试验需求的问题
。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置，包括风洞内的桥梁模型，桥梁模型的两侧对称设置；桥梁模型的一侧端面设有两个
L
形连接板，两个
L
形连接板的下表面各设有一测力天平，并通过两个测力天平与顶部钢板平台固定连接；还包括与顶部钢板平台下表面转动铰接的电缸组，所述电缸组包括沿顶部钢板平台轴线方向排布的第一电缸
、
第二电缸及第三电缸，第一电缸及第三电缸倾斜地设置于第二电缸两侧并关于第二电缸对称，所述第一电缸
、
第二电缸及第三电缸分别设有用于提供驱动力的转动电机；还包括设置于电缸组底部的底部钢板平台，电缸组与
底部钢板平台之间通过铰支连接，且底部钢板平台固定于地面；
[0009]还包括设置于桥梁模型上的加速度传感器；
[0010]还包括用于测量桥梁模型水平位移的水平位移激光传感器；
[0011]还包括用于测量桥梁模型竖直位移的竖直位移激光传感器；
[0012]还包括用于控制第一电缸
、
第二电缸及第三电缸的
PLC
控制器
。
[0013]特别的，第二电缸顶部位于桥梁模型中点处，底部位于底部钢板平台中点处
。
[0014]特别的，所述顶部钢板平台位于桥梁模型厚度的二分之一处
。
[0015]一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0016]步骤
S1
，装置安装时令桥梁模型长边垂直于来风方向，短边平行于来风方向；
[0017]步骤
S2
，设定初始时刻
t0模型位置，单侧的第一电缸
、
第二电缸及第三电缸的初始角度和初始长度分别记为
α1，
α2，
α3及
l1，
l2，
l3；
[0018]步骤
S3
，按照所需运动方式也即竖直振动
、
简谐振动或水平耦合振动时，下一时刻
t1时，根据桥梁模型在顺风向平行移动为
Δ1时的模型位置，记录电缸长度及角度，记为及求出各电缸发生的伸缩量角度变化量即为：
[0019][0020][0021]下一时刻
t2时，根据桥梁模型在顺风向平行移动为
Δ2时的模型位置，记录电缸长度及角度，记为及求出各电缸发生的伸缩量角度变化量角度变化量即为：
[0022][0023][0024]直至最后时刻
t
n
时，桥梁模型达到要求最大位移幅值
Δ
n
时，记录电缸长度，记为及依次得出每个时刻的模型位移及每个时刻对应的电缸伸缩量依次得出每个时刻的模型位移及每个时刻对应的电缸伸缩量及及依据该数据之间的关系建立电缸伸缩量相关时间表格，求得每个时刻每个电缸的伸缩量及转动电机控制对应电缸的角度转动量；
[0025]步骤
S4
，根据步骤
S3
中记录的数据，导入
PLC
控制器中，控制两侧的第一电缸
、
第二电缸及第三电缸在任意振动方式下依据时间
、
转动角度及伸缩量进行伸缩
。
[0026]更进一步的，步骤
S2
中，顺风向振动
、
竖直振动与扭转振动任意两种耦合或三种振动一同耦合，以实现桥梁模型的三自由度振动方式
。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术可适应于任何形式
、
任何大小的桥梁节段模型；可适应于大振幅强迫振动风洞试验，装置结构简单，易于拆装
、
操
作便捷
、
试验成本低；控制系统可以实现初始位置灵活调节功能，强迫振动且频率及幅值灵活可调；
[0028]本专利技术可同时用于各类桥梁的颤抖振
、
尾流驰振
、
涡振性能的试验研究，此外还可用于桥梁在振动状态下的车辆气动性能试验研究；总体上，风洞试验装置用于大振幅桥梁强迫振动试验，结构原理简单
、
操作便捷
、
试验成本低
、
适用范围广，具有较高的创新性及实用性
。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的结构示意图
。
[0030]图2为本专利技术的竖直振动示意图
。
[0031]图3为本专利技术的扭转振动示意图...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置，其特征在于，包括风洞内的桥梁模型
(1)
，桥梁模型
(1)
的两侧对称设置；桥梁模型
(1)
的一侧端面设有两个
L
形连接板
(2)
，两个
L
形连接板
(2)
的下表面各设有一测力天平，并通过两个测力天平
(3)
与顶部钢板平台
(4)
固定连接；还包括与顶部钢板平台
(4)
下表面转动铰接的电缸组，所述电缸组包括沿顶部钢板平台
(4)
轴线方向排布的第一电缸
(51)、
第二电缸
(52)
及第三电缸
(53)
，第一电缸
(51)
及第三电缸
(53)
倾斜地设置于第二电缸
(52)
两侧并关于第二电缸
(52)
对称，所述第一电缸
(51)、
第二电缸
(52)
及第三电缸
(53)
分别设有用于提供驱动力的转动电机
(54)
；还包括设置于电缸组底部的底部钢板平台
(6)
，电缸组与底部钢板平台
(6)
之间通过铰支连接，且底部钢板平台
(6)
固定于地面；还包括设置于桥梁模型
(1)
上的加速度传感器
(71)
；还包括用于测量桥梁模型
(1)
水平位移的水平位移激光传感器
(72)
；还包括用于测量桥梁模型
(1)
竖直位移的竖直位移激光传感器
(73)
；还包括用于控制第一电缸
(51)、
第二电缸
(52)
及第三电缸
(53)
的
PLC
控制器
。2.
如权利要求1所述的一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置，其特征在于，第二电缸
(52)
顶部位于桥梁模型
(1)
中点处，底部位于底部钢板平台
(6)
中点处
。3.
如权利要求1所述的一种三自由度大振幅强迫振动风洞试验装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：向活跃，钟进坤，陈绪黎，陶宇，李永乐，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：