[發明專利]一種大振幅自由豎向和扭轉耦合振動風洞試驗裝置

有效

• 申請號: 201710629924.1
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107345846B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 許福友;曾冬雷;楊晶
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M7/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種大振幅自由豎向和扭轉耦合振動風洞試驗裝置，屬于自由豎彎和扭轉耦合振動的風洞試驗裝置技術領域。齒塊固結在橫梁兩端，固結在模型兩端的螺桿和橫梁及齒塊隨模型做豎彎和扭轉耦合振動，帶動與其嚙合的齒板及固定齒板的滑塊沿固定在地面上的導軌做上下往復平動，連接在滑塊上的豎向彈簧為模型懸掛系統提供扭轉和豎向剛度，彈簧只有豎向線性拉伸變形，而不發生側向傾斜，保證模型的豎向線性扭轉和豎彎剛度，側向自由度被有效約束。本裝置可實現模型大幅自由豎彎和扭轉耦合振動，彈簧只有豎向伸縮變形而不發生側向傾斜，不存在傳統自由振動試驗裝置中彈簧發生明顯傾斜而無法保證線性扭轉剛度的問題，且約束了模型不會發生側向振動。

技術領域

本發明屬于一種可以實現大振幅的、保證線性扭轉和豎彎剛度線性的自由豎向和扭轉耦合振動風洞試驗裝置，具體涉及到通過將相互嚙合的齒塊與齒板傳動，將模型的大振幅自由豎向和扭轉耦合振動轉化為豎向線性彈簧的自由伸縮平動，利用彈簧線性拉伸剛度實現模型的線性扭轉和豎彎剛度。

背景技術

自由豎向和扭轉耦合振動法是橋梁風洞試驗測振的一種主要方法，也是風洞試驗顫振導數識別的一種重要方法，自由耦合振動識別顫振導數的方法省時，且在振動過程中不必保證各振動模態剛度和頻率相同。傳統自由耦合振動試驗裝置采用彈簧懸掛主梁節段模型，優點在于裝置簡單，實現方便。對于小振幅彎扭耦合振動，當彈簧的豎向傾斜較小時，在彈簧振動過程中可以近似看作僅有豎向變形，彈簧近似滿足線性幾何剛度條件。但當自由豎向和扭轉耦合振動中扭轉振幅較大時，彈簧發生明顯傾斜，彈簧幾何剛度不滿足線性條件，因此耦合振動系統的扭轉和豎彎剛度不再保持常數，而是與振幅相關，因此對后續試驗結果造成誤差。自由豎向和扭轉耦合振動振幅越大，彈簧傾斜越大，試驗誤差也越大。一般認為當扭轉振幅在3°之內時，誤差基本可以忽略。但對于研究大振幅的自由扭轉振動情況，如塔科馬舊橋風毀時，扭轉振幅達到驚人的35°，采用傳統自由豎向和扭轉耦合振動試驗裝置根本無法模擬。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對風洞試驗中橋梁及其他結構構件節段模型大振幅自由豎向和扭轉耦合振動的需要，提供一種可以有效避免試驗過程中非線性因素，保證大振幅線性自由豎向和扭轉耦合振動試驗裝置。自由豎向和扭轉耦合振動風洞試驗裝置包括模型、螺桿、螺母、橫梁、齒塊、齒板、滑塊、線性彈簧和導軌。

本發明的技術方案：

一種大振幅自由豎向和扭轉耦合振動風洞試驗裝置，其特征在于，所述的大振幅自由豎向和扭轉耦合振動風洞試驗裝置包括模型1、螺桿2、螺母3、橫梁4、齒塊5、齒板6、滑塊7、彈簧8和導軌9；模型1兩端固結有螺桿2；螺桿2穿過橫梁4并用螺母3固定，并保證模型1扭轉中心與螺桿2、橫梁4同心；橫梁4兩端固結有齒塊5；位于齒塊5兩側，安裝固定有彈簧8；彈簧8連接在導軌9上，導軌9上連接有自由滑動的滑塊7，齒板6固定在滑塊7上，齒板6與齒塊5嚙合，模型1和齒塊5同步做豎向和扭轉耦合振動，帶動齒板6及安裝在導軌9上的滑塊7，在彈簧8約束下做上下豎直運動，彈簧8在伸縮過程中只產生豎向變形而不發生傾斜。

所述的齒塊5和齒板6根據模型1的扭轉、豎向振動振幅和扭轉、豎向平動剛度要求，確定齒塊5弧長、齒距和齒板6長度。

本發明的有益效果：將大幅的豎向和扭轉耦合振動轉化為豎向平動，線性彈簧只產生豎向伸縮變形而不發生傾斜，滿足幾何剛度線性條件，振動過程中彈簧的拉伸剛度和力臂均不變，因此系統的扭轉和豎彎剛度與振動頻率在整個振動過程中都保持不變，避免了傳統方法試驗過程中彈簧傾斜引起的幾何非線性和非線性扭轉和豎彎剛度問題。另外，也約束了側向自由度，不必像傳統方法通過張拉鋼絲辦法來約束自由度，而且效果更好。

附圖說明

圖1是自由彎扭耦合振動風洞試驗裝置的構造圖。

圖中：1模型；2螺桿；3螺母；4橫梁；5齒塊；6齒板；7滑塊；8彈簧；

9導軌。

具體實施方式