[實用新型]用質(zhì)量單擺控制高層建筑結(jié)構(gòu)振動的實驗裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720071052.3
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN201060585Y
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發(fā)明（設計）人: 董國華;王斌耀
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

技術(shù)領域

本實用新型涉及一種用質(zhì)量單擺控制高層建筑結(jié)構(gòu)振動的實驗裝置。

背景技術(shù)

二十一世紀為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，從2002年以來全國各重點高校陸續(xù)開設了理論力學實驗課程。由于理論力學實驗課程起步較晚，多數(shù)實驗內(nèi)容以演示性實驗和驗證性實驗為主，在老師的指導下讓學生自己設計實驗方案并完成實驗的綜合設計性實驗很少。目前在理論力學動力學部分(或振動力學、機械振動)實驗課程教學中，普遍采用簡支梁或懸臂梁結(jié)構(gòu)形式組成的振動系統(tǒng)作為實驗模型，讓學生計算出該振動系統(tǒng)的固有頻率并通過實驗測量和觀測振型，驗證其理論計算結(jié)果是否與實際相符，在實驗教學類別中被稱為驗證性實驗。驗證性實驗的內(nèi)容、方法、步驟和要求是由老師按實驗教學大綱預先設計的并編寫好實驗指導書，學生上課時必須按照指導書的內(nèi)容、方法、步驟和要求完成實驗報告。因此，驗證性實驗不能充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，不適應新世紀創(chuàng)新型人才的教學培養(yǎng)模式。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型目的在于提供一種用質(zhì)量單擺控制高層建筑結(jié)構(gòu)振動的實驗裝置。

本實用新型提出的用質(zhì)量單擺控制高層建筑結(jié)構(gòu)振動的實驗裝置，由函數(shù)信號發(fā)生器1、激振器2、懸臂直梁3、質(zhì)量單擺4、質(zhì)量架5、滑動平臺6、限位壓塊7、平臺導向板8、機座9、直角夾頭10、質(zhì)量架11、大鋼珠12和小鋼珠13組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-圖4所示。其中，函數(shù)信號發(fā)生器1、激振器2、平臺導向板8分別固定于機座9上方，函數(shù)信號發(fā)生器1的輸出線連接激振器2的輸入端，激振器2的輸出軸與滑動平臺6一側(cè)水平連接，滑動平臺6位于平臺導向板8上方，并能在平臺導向板8上作水平往復運動，滑動平臺6兩側(cè)上方開有矩形槽，其內(nèi)設有小鋼珠13，小鋼珠13位置高于矩形槽面，限位壓塊7呈L型結(jié)構(gòu)，由水平端和垂直端組成，滑動平臺6兩側(cè)分別位于限位壓塊7內(nèi)，并通過小鋼珠13連接限位壓塊7的水平端，使滑動平臺6與限位壓塊7保持一定的間隙，限位壓塊7的垂直端連接平臺導向板8，懸臂直梁3的下端部通過直角夾頭10固接于滑動平臺6上方，質(zhì)量架5套于懸臂直梁3上方，其位置可上下調(diào)整，質(zhì)量單擺4懸掛于質(zhì)量架11上。

本實用新型中，滑動平臺6兩側(cè)下方與平臺導向板8相連處開有導向槽，相應地平臺導向板8上開有導向槽，大鋼珠12位于相連的導向槽內(nèi)之間。

本實用新型中，機座9呈矩形結(jié)構(gòu)，其底部設有機座螺腳14，通過螺紋調(diào)節(jié)機座9的水平。

本實用新型的工作過程如下：

本實用新型通過把高層建筑結(jié)構(gòu)物模型簡化成一懸臂直梁3，懸臂直梁3的橫截面可根據(jù)結(jié)構(gòu)物模型而定，可以是矩形也可以是圓形等不同形狀，其材料可選鋁合金、不銹鋼尺、有機玻璃或細質(zhì)木材等，懸臂直梁3被固接于一個可水平直線往復運動的滑動平臺6上，滑動平臺6與激振器2水平固定連接，激振器2受函數(shù)信號發(fā)生器1控制，當函數(shù)信號發(fā)生器1輸出模擬風振或地震激勵信號時，激振器2開始動力響應，牽動滑動平臺6水平直線往復運動，同時位于滑動平臺6上的結(jié)構(gòu)物模型(懸臂直梁3)產(chǎn)生共振，這時能非常直觀的看到結(jié)構(gòu)物模型的一階或二階振型，然后依據(jù)結(jié)構(gòu)物模型的一階振動模態(tài)(以一階振動模態(tài)為主)設計一個或一組質(zhì)量單擺4，使之與懸臂直梁3相調(diào)諧，將一個或一組質(zhì)量單擺4懸掛在懸臂直梁3振幅最大處的適當位置，即可對結(jié)構(gòu)物模型的振動實施控制(減振)。用視覺就可發(fā)現(xiàn)本來共振的結(jié)構(gòu)物模型(懸臂直梁)其振動基本消失或大大減弱了。

本實用新型克服了以目前理論力學(或振動力學、機械振動)振動實驗裝置只能以驗證性實驗或演示性實驗的教學形式給學生進行實驗的不足，提供一種不僅能讓學生對高層建筑結(jié)構(gòu)模型的固有頻率進行實驗驗證和演示其一、二階振型，而且能讓學生運用已掌握的綜合知識自行設計制作一個或一組質(zhì)量單擺對高層建筑結(jié)構(gòu)模型的振動實施控制(減振)的裝置。

采用動態(tài)信號采集處理系統(tǒng)DSPS4.0(北京京南航天數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司)和壓電式加速傳感器(型號：4393v重量：2.4g丹麥B&K公司)等儀器對本實用新型的減振效果進行實際動態(tài)測試，減振率可達到77.8％以上。

本實用新型的有益效果是，不僅可以給學生進行有關振動理論的實驗驗證和演示，而且還能讓學生充分發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性，運用已掌握的綜合知識自行設計對高層建筑結(jié)構(gòu)物模型振動實施控制(減振)的實驗，并完成設計性實驗報告。從培養(yǎng)新世紀創(chuàng)新型人才角度出發(fā)，其對社會的“技術(shù)效果”將不可估量。采用質(zhì)量單擺實施振動控制(減振)，結(jié)構(gòu)簡單，而且又經(jīng)濟。

附圖說明

圖1是本實用新型的振動實驗裝置主視示意圖。