解耦三自由度桥梁节段模型强迫振动系统技术方案

本发明专利技术提供一种解耦的三自由度桥梁节段模型强迫振动系统，包括外侧振动系统、内侧振动系统、模型支撑系统和检测系统，外侧振动系统和内侧振动系统对称布置在风洞两侧，模型支撑系统分别与外侧振动系统和内侧振动系统连接，模型支撑系统与检测系统连接，检测系统通过内、外模型连接板与桥梁节段模型连接，外侧振动系统和内侧振动系统在伺服电机的驱动下同步振动，实现桥梁节段模型的同步三自由度正弦振动。该系统实现了模型截面内横向运动、竖向运动、扭转运动。三种运动的组合一共组成7种运动，振幅较大。每一种运动均单独实现频率、振幅和相位可调的简谐运动。本系统具有能够实时采集桥梁节段模型三分力、数据准确的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种完全解耦的三自由度桥梁节段模型强迫振动系统，实现桥梁节段模型在横截面内的水平振动、铅直振动、扭摆振动以及以上三种强迫振动是自由组合振动， 并且攻角可以调节。应用于桥梁节段模型在风洞流场中的振动特性及破坏机理研究。
技术介绍
在风洞流场中，桥梁节段模型在强迫振动下的截面力学参数检测及分析研究，可以得到桥梁节段模型的气动导数，是研究桥梁振动破坏的重要手段。实现桥梁节段模型在风洞中的强迫振动存在解耦困难、跨距大、两侧振动系统同步性差、振动波形精度差等诸多技术难题。本专利技术从根本上解决了桥梁节段模型三自由度强迫振动的解耦问题，桥梁节段模型的水平振动、铅直振动和扭摆振动各自独立，可以实现不同频率、振幅以及初始相位的以上三种强迫振动的自由组合振动，共有7种不同形式的振动，并且攻角可以调节，两侧振动系统之间的跨距达到了 4m，三种振动均通过伺服电机驱动实现，可以实现两侧振动的精确同步，同时，通过伺服电机可以实现振动波形的精确插补，振动波形非常接近标准的正弦曲线，完全可以满足大尺度桥梁节段模型的三自由度强迫振动实验需求。
技术实现思路
本专利技术针对桥梁节段模型在风场中的振动实验研究需求，提供一种完全解耦的三自由度强迫振动系统，实现大跨距下桥梁节段模型的水平振动、铅直振动、扭摆振动以及以上三种强迫振动是自由组合振动，并且攻角可以调节。本专利技术采用如下技术特征全解耦三自由度桥梁节段模型强迫振动系统，包括外侧振动系统、内侧振动系统、 模型支撑系统和检测系统，其特征在于外侧振动系统和内侧振动系统对称布置在风洞两侧，模型支撑系统分别与外侧振动系统和内侧振动系统连接，模型支撑系统与检测系统连接，检测系统通过内、外模型连接板与桥梁节段模型连接，外侧振动系统和内侧振动系统在伺服电机的驱动下同步振动，实现桥梁节段模型的同步三自由度正弦振动。本专利技术还具有如下特征I、所述的检测系统包括两个六维力传感器、位移传感器和检测/控制单元，两个六维力传感器、位移传感器分别与检测/控制单元电信号连接，位移传感器安装在桥梁节段模型上。2、所述的模型支撑系统包括内开口固定套、内遮风板、内锁扣、内伸缩连接杆、内虎克铰链、外开口固定套、外遮风板、外锁扣、外伸缩连接杆、外虎克铰链和中间轴，内开口固定套与内侧振动系统的外伸轴固定连接；内遮风板套在内伸缩连接杆上并安装在内开口固定套与内侧振动系统的外伸轴的连接处，内伸缩连接杆能够在内开口固定套内沿轴向伸缩，调整好长度后由内锁扣锁紧；外开口固定套与外侧振动系统的外伸轴固连，外遮风板套在外伸缩连接杆上并安装在外开口固定套与外侧振动系统的外伸轴的连接处，外伸缩连接杆能够在外开口固定套内沿轴向伸缩，调整好长度后由外锁扣锁紧；中间轴的两端分别与内、外伸缩连接杆的一端固定连接；内、外模型连接板的一端分别与桥梁节段模型固定连接，内模型连接板的另外一端与第一六维力传感器固定连接；外模型连接板的另外一端与第二六维力传感器固定连接；内虎克铰链的一端与第一六维力传感器固定连接，内虎克铰链的另外一端与内伸缩连接杆的一端固定连接，外虎克铰链的一端与第二六维力传感器固定连接，外虎克铰链的另外一端与外伸缩连接杆的一端固定连接。3、所述的外侧振动系统包括、机架、水平振动曲柄滑块机构、铅直振动曲柄滑块机构、扭摆振动曲柄摇杆机构、XY运动复合机构、小轮支撑式十字滑块联轴器、XY滑动支架、 锁紧机构和攻角调节机构，水平振动曲柄滑块机构由偏心轮式可调曲柄、连杆、Y形推杆、 水平振动直线轴承座和水平振动支架组成，水平振动直线轴承座和水平振动支架固定在机架上，在伺服电机的驱动下输出水平方向的正弦振动；铅直振动曲柄滑块机构由偏心轮式可调曲柄、连杆、铅直推杆组成，偏心轮式可调曲柄固定在机架上，铅直推杆与XY运动复合机构的外框架固定连接，在伺服电机的驱动下输出铅直方向的正弦振动；扭摆振动曲柄摇杆机构由偏心轮式可调曲柄、连杆、摆杆组成，偏心轮式可调曲柄固定连接在攻角调解机构的转臂上，摆杆固定连接在小轮支撑式十字滑块联轴器的输入端扭转套上，在伺服电机的驱动下输出扭摆振动；χγ运动复合机构由水平推杆、外框架、内框架和外伸轴组成，水平推杆固定连接在水平振动曲柄滑块机构的Y形推杆上，水平推杆与内框架之间通过直线轴承安装在一起，外框架固定连接在铅直振动曲柄滑块机构的铅直推杆上，内框架外框架之间通过直线轴承安装在一起，外伸轴通过轴承安装在内框架上，输入端通过小轮支撑式十字滑块联轴器与扭摆振动曲柄摇杆机构相连，输出端连接模型支撑系统，水平振动曲柄滑块机构、铅直振动曲柄滑块机构和扭摆振动曲柄摇杆机构产生的三自由度强迫振动通过XY 运动复合机构和小轮支撑式十字滑块联轴器复合到一起，由XY运动复合机构的外伸轴传至模型支撑系统，实现桥梁节段模型的三自由度强迫振动；攻角调节机构由步进电机、传动轴、扇形齿轮、转臂和攻角调节支架组成，实现振动平衡位置处桥梁节段模型的倾角调节； 锁紧机构由弧形压板、电磁铁、增力机构、锁紧弹簧和锁紧机构支架组成，当攻角调节机构工作完成后，由锁紧机构将扭摆振动曲柄摇杆机构与机架锁紧固定在一起；χγ滑动支架用于保持外侧振动系统的外伸模型安装轴的水平方位，同时提高外伸轴的刚度。4、所述的内侧振动系统的相应零部件在外形与安装位置上与外侧振动系统的相应零部件成镜像对称，传动原理完全一样，在伺服电机的驱动下同步振动。5、所述的两个六维力传感器能够对桥梁节段模型横截面内两个力和一个力矩的实时测量。本专利技术的系统可进行桥梁节段模型以及其他风致物体节段模型的风作用参数识别实验。该系统实现了模型截面内横向运动(X向)、竖向运动(Ζ向)、扭转运动。三种运动的组合一共组成7种运动，振幅较大。每一种运动均单独实现频率、振幅和相位可调的简谐运动。能够实时采集桥梁节段模型三分力(阻力、升力、扭矩)。本系统具有实时性好，测试数据准确的优点。附图说明图I为本专利技术的整体结构示意图2为外侧振动系统(I)的结构示意图；图3为模型支撑系统(3)的结构示意图；图4为XY运动复合机构(1-4)的结构示意图；图5为水平振动曲柄滑块机构(1-2)的结构示意6为铅直振动曲柄滑块机构(1-3)的结构示意7为扭摆振动曲柄摇杆机构(1-5)的结构示意8为锁紧机构(1-7)和攻角调节机构(1-8)的结构示意图；图9为小轮支撑式十字滑块联轴器(1-9)的结构示意图。具体实施例方式本专利技术涉及一种完全解耦的三自由度桥梁节段模型强迫振动系统。本专利技术是针对桥梁节段模型在风洞流场中的振动特性及破坏机理研究而研制的一种强迫振动系统。可以实现桥梁节段模型在横截面内的水平振动、铅直振动以及扭摆振动三种强迫振动，以上三种强迫振动是完全解耦的，可以实现不同频率、振幅以及初始相位的强迫振动的自由组合共7种振动，并且攻角可以调节。本专利技术由内侧振动系统、外侧振动系统、模型支撑系统以及检测系统等组成，内外振动系统之间的跨距长达4m，水平振动和铅直振动的振幅为4-20mm，扭摆振动的振幅为1-5°，攻角调节范围为±15°，三自由度振动以及两侧振动系统的同步性由伺服电机控制实现，可以用于风洞流场中大尺度桥梁节段模型的三自由度大振幅强迫振动实验。包括外侧振动系统、内侧振动系统、模型支撑系统和检测系统，其特征在于外侧振动系统和内侧振动系统对称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠，辛大波，高永生，张海兵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：