[發明專利]風洞試驗剛性節段模型阻尼連續調節裝置

有效

• 申請號: 201110002266.6
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102146980A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 陳政清;周帥;牛華偉;汪志昊
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: F16F15/03
• 分類號: F16F15/03;F16F15/18;G01M9/02
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及一種風洞試驗裝置，具體是一種風洞試驗剛性節段模型阻尼連續調節裝置。

背景技術

世界上的橋梁正朝著大跨度、輕柔化方向發展，風荷載成為了保證橋梁結構安全設計的關鍵因素，例如早在1940年，美國舊塔科馬海峽懸索橋發生了震驚橋梁界的風致顫振倒塌事件，并且其在發生顫振破壞之前其主梁已經在很低的風速下就發生了嚴重的豎向渦激共振現象，據文獻記載，塔科馬橋風毀之前在1.4～2.0m/s的風速下就發生了嚴重的豎向渦激振動，最大雙邊振幅達76cm，渦振的風速區間一直持續到15.6m/s。目前對于擬建或已完成橋梁的風振性能的研究，包括理論分析、風洞試驗，CFD數值模擬、現場實測四種手段，其中風洞試驗是最主要的研究手段，分為全橋氣彈模型風洞試驗和剛性節段模型風洞試驗，全橋氣彈模型風洞試驗不僅模擬了橋梁的氣動外形，還模擬了橋梁的質量、剛度、頻率和阻尼等一系列的動力特性，是研究橋梁在施工、運營等不同階段渦振特性的重要手段，但由于氣彈模型需要滿足各種相似條件，使得模型的設計制作復雜，比例較小，雷諾數問題突出，費用高，試驗周期長，應用受到限制。

由于橋梁風致振動時，主梁是主要的吸能構件，而且剛性節段模型只需要與實橋主梁、橋塔、拱肋、纜索等構件幾何相似，所以制作簡單，費用較低，應用比較普遍。而通過剛性橋梁構件節段模型風洞試驗研究實橋的風致振動，節段模型系統的阻尼比包括彎曲振型的阻尼比和扭轉振型的阻尼比是否和實橋保持一致，關系到是否能夠準確預測橋梁構件的顫振、馳振臨界風速等風振性能，關系到是否能夠準確定量估算實橋渦激共振幅值，對剛性節段模型風洞試驗結果的可信度至關重要。

目前節段模型系統阻尼比的調節沒有一種統一的方式，一般采用機械摩擦、橡皮條等方式進行，但是類似上述調整阻尼的方法沒有一個定量的甚至定性的調節準則，為了能夠達到與目標阻尼比精確一致，只能采取多次嘗試的方法，存在調整時間過長的問題，增加了試驗成本。此外，在要求低阻尼的試驗中，經常會由于上述機械摩擦、橡皮條等方式本身作為接觸式的附加設施，增加了節段模型系統的阻尼，使得系統本身的阻尼下限值過大，無法實現較低的目標阻尼值；在研究阻尼比對結構振動的試驗中，由于節段模型系統的阻尼比與振幅密切相關，而在模型振動過程中系統的機械阻尼難以保持恒定，使得試驗結果可信度降低；特別是當需要在較大的范圍內連續調節阻尼比時，上述阻尼調節方式基本不可行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，提供一種風洞試驗剛性節段模型阻尼連續調節裝置，能連續調節風洞試驗中彎曲阻尼比和扭轉阻尼比，并保持試驗過程中阻尼比穩定。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是，所述風洞試驗剛性節段模型阻尼連續調節裝置包括節段模型，節段模型兩端分別同兩根剛性連桿對應固定連接，每根剛性連桿兩端分別同對應的彈簧連接；各彈簧上端與固有邊界固定連接而各彈簧的下端同基底相連，在所述剛性連桿端部裝有電磁阻尼調節器。

以下對本發明做出進一步說明。

所述電磁阻尼調節器的一種結構是，它包括銅片和帶開口的矩形環硅鋼磁芯，硅鋼磁芯上繞有線圈，線圈通過導線與可調節電流大小的電源相連，硅鋼磁芯相對基底為固定不動；頂端同所述剛性連桿端部相連的銅片置于所述硅鋼磁芯開口中并可相對該磁芯開口做上下運動。

進一步地，各彈簧的下端經力傳感器同基底相連。

進一步地，每根剛性連桿兩端各裝有一個電磁阻尼調節器。

本發明中的電磁阻尼調節器是一種電渦流裝置，當節段模型發生豎向或者扭轉振動時，固結在剛性連桿上的銅片在硅鋼磁芯開口處由通電線圈產生的磁場中運動，銅片將受到一個阻礙其運動的反力，將節段模型系統的振動能量以銅片中渦電流的方式耗散，從而達到增大節段模型系統的阻尼比的目的；并且該能量耗散的大小與環繞在硅鋼磁芯上線圈電流大小、線圈匝數、硅鋼磁芯開口寬度大小、銅片厚度等因素有關，通過單一調整輸入電流大小可使節段模型系統阻尼比在一定范圍內連續可調，通過調整線圈匝數，硅鋼磁芯開口寬度大小、銅片厚度可調整阻尼比的上限值。

本發明作為一種阻尼比調節裝置，適用于風洞試驗二維節段模型系統彎曲阻尼和扭轉阻尼的連續調節，它同現有技術相比的優點有：

1、本發明的風洞試驗剛性節段模型阻尼連續調節裝置，通過調整外部電流輸入即可實現對節段模型系統彎曲阻尼比和扭轉阻尼比的連續調節，并且在外部電源無輸入時，系統固有阻尼比最低可達到0.1％，為節段模型系統提供了極低的阻尼比下限值；

2、本發明的風洞試驗剛性節段模型阻尼連續調節裝置，系統阻尼比的大小與振幅無關，阻尼比穩定；