本发明专利技术公开了一种用于桩柱绕流试验的作用力测量装置，主要包括支架、桩柱、转动机构、三个限位机构、三个拉压传感器。其中，第一限位机构用于使第一拉压传感器的上连接处和下连接处位于同一液流流向平面内，第一拉压传感器的上连接处和下连接处的连线为竖直线。第二限位机构用于使第二拉压传感器的第一连接处和第二连接处均位于所述液流流向平面内，第二拉压传感器的第一连接处和第二连接处的连线为水平线。第三限位机构用于使第三拉压传感器在工作过程中只受到第三拉压传感器的第一连接处和第二连接处的连线方向的作用力。本发明专利技术可用于对竖直或斜置的、突出液面的桩柱，在水平或斜向来流下，测量桩柱绕流阻力与沿桩柱轴向的作用力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于突出液面的桩柱绕流试验的作用力测量装置。
技术介绍
当液流如水流正交地绕过突出液面的各种闸墩和桩柱等物体时,物体将受到沿流动方向的绕流阻力和垂直于流动方向的横向升力作用。当桩柱倾斜时或液流与桩柱斜交时，作用在桩柱上的作用力表现为沿流动方向的作用力、垂直于桩柱轴向与来流方向的横向力与沿桩柱轴向的作用力。据此可分解为桩柱绕流作用力沿流动方向且垂直于桩柱的绕流阻力、垂直于来流方向和桩柱轴向的横向升力以及沿桩柱轴向的力。由于桩柱绕流特 性复杂，目前还很难从理论上直接计算求解。桩柱绕流的研究大多仍借助于数值模拟和物理模型试验，其中斜置桩柱或液流与桩柱斜交时桩柱受到的绕流阻力、升力与轴向力的精确测量，对于突出液面的桩柱绕流物理模型试验研究尤为重要。在测量突出液面的桩柱绕流作用力时，需要保证测量装置不能干扰流体流动。目前已有的突出液面的竖直桩柱绕流试验的作用力测量装置主要有三种第一种是将桩柱顶端与浮体相连，利用浮体的浮力使桩柱与渠底留有小间隙，并在桩柱上安装一传力刚架，将绕流作用力传递给测力设备，由测力设备测出该力的大小。该装置中的浮体在非均匀流和非恒定流条件下易出现波动，对试验条件要求较苛刻，且只能测得竖直桩柱水平方向上的绕流阻力，而无法测得斜交流体作用在桩柱上的竖直方向上的作用力及非恒定流体流动的绕流作用力。第二种是在渠底留有一段槽沟，将桩柱安装构件置于槽沟中，桩柱安装面板与槽底齐平，将桩柱安装在面板上，液流对桩柱的冲击作用力通过液面以上的传力刚架构件传递给置于整个构架前面或后面的测力设备。该装置需要槽底预留槽沟，面板运行时槽底存在摩擦阻力，且摩擦力的大小随不同流量和水深的变化而变化，摩擦力的影响难以量化。该装置同样无法测量桩柱受到的竖直方向上的作用力及非恒定流体流动的绕流作用力。第三种是在待测桩柱迎流侧和背流侧对称地各安装一个压力传感器，以测量竖直桩柱受到的沿流动方向的绕流阻力，在竖直桩柱顶端安装一个拉压传感器，以测量液流流向平面内斜交流体作用在桩柱上的竖直方向上的作用力。传感器测得的作用力信号经放大器放大后输入记录仪，通过记录仪可以得到桩柱受到的液流流向平面内水平和竖直方向上液流作用力的动态变化过程。这个装置可用于测量突出液面的竖直桩柱在水平来流或与桩柱斜向相交的液流及非恒定液流的绕流作用力。而且，上述三种测量装置均不能用于斜置桩柱在水平或斜向来流下桩柱绕流阻力与桩柱轴向作用力的测量。然而，对于溢流坝坝面设置分流墩时水流对分流墩的作用、斜坡河渠中水流对水工建筑物的作用及城市积水斜坡和台阶上的柱体或行人受到的作用力等问题，柱体(或其它被绕流物体)并非竖直而是处于斜置状态，且在上述情况下，液流往往是非恒定流，目前已有的测量装置针对斜置柱体(或其它被绕流物体)在水平或斜向来流下的液流绕流的试验的作用力测量受到了限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于桩柱绕流试验的作用力测量装置，该装置可用于对竖直或斜置的、突出液面的桩柱，在水平或斜向来流下，测量桩柱绕流阻力与沿桩柱轴向的作用力。本专利技术解决其技术问题所采取的技术手段是该装置包括支架、桩柱、转动机构、第一限位机构、第二限位机构、第三限位机构、第一拉压传感器、第二拉压传感器和第三拉压传感器；所述转动机构包括第一连接轴、第一轴承、第一轴承支座、第二轴承和第二轴承支座，桩柱与第一连接轴固定连接，第一连接轴水平设置且垂直于液流流向平面，第一轴承支座和第二轴承支座对称地分置于桩柱的两侧，第一轴承、第二轴承分别对应地安装于第一轴承支座和第二轴承支座内，第一连接轴分别穿过第一轴承和第二轴承；所述第一限位机构与支架固定连接，第一拉压传感器的上连接处与第一限位机构固定连接，第一拉压传感器的下连接处通过第一连接杆分别与第一轴承支座和第二轴承支座固定连接，所述第一 限位机构用于使第一拉压传感器的上连接处和第一拉压传感器的下连接处位于同一个液流流向平面内，第一拉压传感器的上连接处和第一拉压传感器的下连接处的连线为竖直线；所述第二限位机构与支架固定连接，第二拉压传感器的第一连接处与第二限位机构固定连接，第二拉压传感器的第二连接处通过第二连接杆分别与第一轴承支座和第二轴承支座固定连接，所述第二限位机构用于使第二拉压传感器的第一连接处和第二拉压传感器的第二连接处均位于所述液流流向平面内，第二拉压传感器的第一连接处和第二拉压传感器的第二连接处的连线为水平线；第三限位机构与支架固定连接，所述第三拉压传感器的第一连接处和第三拉压传感器的第二连接处两端分别对应地与第三限位机构和桩柱固定连接，其中第三拉压传感器的第二连接处位于第一连接轴的上方，且第三拉压传感器的第一连接处和第三拉压传感器的第二连接处的连线相对于水平面的倾斜角度与桩柱相对于水平面的倾斜角度的和为90°，所述第三限位机构用于使第三拉压传感器在工作过程中只受到第三拉压传感器的第一连接处和第三拉压传感器的第二连接处的连线方向的作用力。进一步地，本专利技术所述的第一限位机构可由第三轴承、第三轴承支座和第三连接轴组成，第三轴承安装于第三轴承支座内，第一拉压传感器的上连接处与第三轴承支座固定连接，第三连接轴穿过第三轴承且第三连接轴与支架固定连接；此外，本专利技术所述的第一限位机构还可由第二滑块和第二导轨组成，第二滑块和第一拉压传感器的上连接处固定连接，第二导轨与支架固定连接，第二滑块能够沿着第二导轨往复滑动。进一步地，本专利技术所述的第二限位机构可由第四轴承、第四轴承支座和第四连接轴组成，第二拉压传感器的第一连接处与第四轴承支座固定连接，第四轴承安装于第四轴承支座内，第四连接轴穿过第四轴承且第四连接轴与支架固定连接；此外，本专利技术所述的第二限位机构还可由第三滑块和第三导轨组成，第三滑块和第二拉压传感器的第一连接处固定连接，第三导轨与支架固定连接，第三滑块能够沿着第三导轨往复滑动。进一步地，本专利技术所述的第三限位机构可由第五轴承、第五轴承支座、第五连接轴、第六轴承、第六轴承支座、第五连接轴和第六连接轴组成，第五轴承安装于第五轴承支座内，第六轴承安装于第六轴承支座内，第五连接轴穿过第五轴承，第六连接轴穿过第六轴承，第五轴承支座和第六轴承支座通过第三连杆固定连接，第六连接轴与支架固定连接，第五连接轴通过第四连杆与第三拉压传感器的第一连接处固定连接；此外，本专利技术所述的第三限位机构还可由第四滑块和第四导轨组成，第四滑块和第三拉压传感器的第一连接处固定连接，第四导轨与支架固定连接，第四滑块能够沿着第四导轨往复滑动。进一步地，本专利技术所述支架还包括半圆形滑动导轨和第一滑块，第一滑块能够沿半圆形滑动导轨往复滑动，第三限位机构与第一滑块固定连接，第一滑块与半圆形滑动导轨通过螺丝固定连接。进一步地，本专利技术还包括显示器，所述显示器的输入端分别与所述第一拉压传感器、第二拉压传感器和第三拉压传感器的输出端电连接。进一步地，本专利技术所述第二拉压传感器处于桩柱的迎流一侧，第三拉压传感器处于桩柱的背流一侧。与现有桩柱绕流试验的作用力测量装置相比，本专利技术具有以下有益效果 (1)本专利技术装置利用限位机构和转动结构使各拉压传感器只受到拉压传感器的两个连 接处的连线方向的作用力，可保证测量结果的精度和测量过程的稳定性； (2)本专利技术装置在绕流试验中，竖直或斜置本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于桩柱绕流试验的作用力测量装置，其特征是包括支架(I)、桩柱(I)、转动机构(3)、第一限位机构(4)、第二限位机构(5)、第三限位机构(5)、第一拉压传感器(7)、第二拉压传感器(8)和第三拉压传感器(9);所述转动机构(3)包括第一连接轴(10)、第一轴承(11)、第一轴承支座(12 )、第二轴承(14 )和第二轴承支座(13 ),桩柱(2 )与第一连接轴(10)固定连接，第一连接轴(10)水平设置且垂直于液流流向平面，第一轴承支座(12)和第二轴承支座(13)对称地分置于桩柱(2)的两侧，第一轴承(11)、第二轴承(14)分别对应地安装于第一轴承支座(12)和第二轴承支座(13)内，第一连接轴(10)穿过第一轴承(11)和第二轴承(14);所述第一限位机构(4)与支架(I)固定连接，第一拉压传感器(7)的上连接处与第一限位机构(4)固定连接，第一拉压传感器(7)的下连接处通过第一连接杆(28)分别与第一轴承支座(12)和第二轴承支座(13)固定连接，所述第一限位机构(4)用于使第一拉压传感器(7)的上连接处和第一拉压传感器(7)的下连接处位于同一个液流流向平面内，第一拉压传感器(7)的上连接处和第一拉压传感器(7)的下连接处的连线为竖直线；所述第二限位机构(5)与支架(I)固定连接，第二拉压传感器(8)的第一连接处与第二限位机构(5)固定连接，第二拉压传感器(8)的第二连接处通过第二连接杆(29)分别与第一轴承支座(12)和第二轴承支座(13)固定连接，所述第二限位机构(5)用于使第二拉压传感器(8)的第一连接处和第二拉压传感器(8)的第二连接处均位于所述液流流向平面内，第二拉压传感器(8)的第一连接处和第二拉压传感器(8)的第二连接处的连线为水平线；第三限位机构(6)与支架(I)固定连接，所述第三拉压传感器(9 )的第一连接处和第三拉压传感器(9)的第二连接处分别对应地与第三限位机构(6)和桩柱(2)固定连接，其中，第三拉压传感器(9)的第二连接处位于第一连接轴(10)的上方，且第三拉压传感器(9)的第一连接处和第三拉压传感器(9)的第二连接处的连线相对于水平面的倾斜角度与桩柱(2)相对于水平面的倾斜角度的和为90°，所述第三限位机构(6)用于使第三拉压传感器(9)在工作过程中只受到第三拉压传感器(9)的第一连接处和第三拉压传感器(9)的第二连接处的连线方向的作用力。2.根据权利要求I所述的作用力测量装置，其特征是所述第一限位机构(4)由第三轴承(26 )、第三轴承支座(27 )和第三连接轴(25 )组成，第三轴承(26 )安装于第三轴承支座(27)内，第一拉压传感器(7)的上连接处与第三轴承支座(27)固定连接，第三连接轴(25)穿过第三轴承(26 )且第三连接轴(25 )与支架(I)固定连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵卫云，姜利杰，王嘉伟，章园，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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