CN104776974A - 一种非接触气动激振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触气动激振装置，用于对气弹模型等柔性结构进行气动激振，主要由气泵、管路、气体喷口和电磁阀组成；由气泵供气的气缸通过气路分支器与分支气路连接；分支气路的端头设置有由电磁阀所控制的气体喷口；所述电磁阀与气体喷口一体设置，并被三脚架支撑在气弹模型下方；电磁阀与控制单元电气连接。气泵通过分支气路向电磁阀进气端输入压缩空气，电磁阀接收控制单元发出的脉冲信号实现周期性的开启和闭合，输出脉冲气流对气弹模型进行激励。本发明不与模型接触，消除了激振装置和位移测量装置的附加刚度和附加质量对气弹模型动力特性的影响，简易方便、成本低；可用于斜拉桥、悬索桥等多种柔性气弹模型的模态测试。

Description

一种非接触气动激振装置

技术领域

本发明涉及一种非接触气动激振装置，尤其涉及斜拉桥、悬索桥气弹模型等柔性结构模态测试的新型激振装置。

背景技术

目前，许多大跨度悬索桥或斜拉桥进行设计时都会进行风洞试验。风洞试验的一项重要内容就是测量斜拉桥或悬索桥气弹模型的模态。传统方法测试模态时需使用力锤或激振器与模型结构相接触，施加荷载，用自由振动或强迫振动的方法得到模型的动力特性。

斜拉桥、悬索桥气弹模型多为柔性结构，刚度较小。用激振器直接作用在模型上测试得到的结果精度较低。因为力锤或激振器作用时，与模型的接触带来较大的附加刚度和附加质量，使得结构的动力特性发生改变，造成模态测试结果的误差，进一步影响后续风洞试验的准确性。另外传统激振方法多为单点激励，只能激发出低阶模态，很难激发出对桥梁颤振等风致振动分析重要的高阶模态。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种非接触气动激振装置，消除附加刚度和附加质量对气弹模型模态测试结果的影响。该装置能够对气弹模型施加多点激励，便于测试高阶模态。

本发明的技术方案是：一种非接触气动激振装置，用于对气弹模型进行气动激振，其特征在于：主要由气泵、管路、气体喷口和电磁阀组成；由气泵供气的气缸通过气路分支器与分支气路连接；分支气路的端头设置有由电磁阀所控制的气体喷口；所述电磁阀与气体喷口一体设置，并被三脚架支撑在气弹模型下方；电磁阀与控制单元电气连接。

所述气泵为高压气泵，使用220V交流电供电，可以产生高压压缩空气并储存于自带的气缸中，输出压缩空气压力可在一定范围进行调节；当气缸内的压缩空气由于输出导致压强下降后，气泵会立即响应向气缸中补充压缩气体，保持气缸内压强稳定在一定范围。气缸和三通连接处，三通与胶管连接处以及胶管和电磁阀连接处都使用了密封带进行了密封处理。

所述的电磁阀为高频电磁阀，动作频率在20Hz以上，接收控制单元发出的信号执行开启和闭合动作，输出脉冲气流。所述的控制单元采用可编程逻辑控制器(PLC)，可输出高频脉冲信号，控制多个电磁阀按一定时间顺序开启和闭合。

所述的连接零件与电磁阀底座连接并安装在三脚架上，使激振装置能够在气弹模型附近实施激励，气弹模型受激励后的位移响应由激光位移计采集。激光位移计与数据采集及处理装置相连。

本发明的工作过程和工作原理是：工作时，气泵提供稳定的高压压缩空气，高压压缩空气经过三通等分成若干路，胶管将高压压缩空气输送到电磁阀的进气端。电磁阀接收控制单元发出的信号实现电磁阀的开启和闭合，将稳定的高压压缩空气转换成脉冲气流，然后对气弹模型进行激励。控制单元可以发出信号使多个电磁阀对气弹模型实施多点激励。气弹模型受到脉冲气流激励后，用激光位移计测量模型各测点的位移时程。

运行之前，可调节气泵输出压缩空气的压强以实现对气弹模型不同强度的激励。通过改变控制单元输出脉冲信号的频率，可以改变电磁阀开启和闭合的频率，以输出不同频率的脉冲气流对气弹模型进行激励。通过改变各个电磁阀动作的时间差，使得各个电磁阀输出的脉冲气流激励相位可调。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明对气弹模型实施的脉冲气流激励，气弹模型位移响应的测量采用激光位移计，两者都不与模型接触，消除了来自于激振装置和位移测量装置附加质量和附加刚度的影响。本发明可以采用多路脉冲气流对模型进行激励，方便的实现了多点激励，容易激发出高阶振型。同时，通过改变三脚架上电磁阀的安放角度，可以实现竖向，横向及纵向多个方向的激励。因此本发明的气动激振装置实用于斜拉桥、悬索桥气弹模型等多种柔性结构模态测试中，其适用范围广。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的安装图；

气泵1；气缸2；三通3；电磁阀所控制的气体喷口4；三脚架5；激光位移计6；气弹模型7；控制单元8；直流电源9；数据采集及处理装置10。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种非接触气动激振装置，其组成是：由气泵、电磁阀、控制单元、直流电源、三通、胶管、三脚架及连接零件组成。

所述气泵1向由电磁阀所控制的气体喷口4输入压缩空气，由电磁阀所控制的气体喷口4接收控制单元8发出的脉冲信号实现周期性的开启和闭合，输出脉冲气流对气弹模型7进行激励。气泵1通过三通3将压缩空气等分成多路，通过气路支路与由电磁阀所控制的气体喷口4连接。由电磁阀所控制的气体喷口4通过连接零件6安装在三脚架5上。控制单元8和由电磁阀所控制的气体喷口4都由直流电源9供电。当气弹模型7受到激励后，其位移响应通过激光位移计6进行测量。激光位移计6与数据采集及处理装置相连。

所述由电磁阀所控制的气体喷口4通过连接零件6安装在三脚架5上，三脚架5高度和方向可调。由电磁阀所控制的气体喷口4被三脚架5托起后，与气弹模型7保持一定距离，距离不小于模型受激励后的最大振幅。

所述激光位移计6由支架支起，安放位置与气弹模型7保持一定距离，距离不小于气弹模型7受激励后的最大振幅，且不超出激光位移计6的量程。激光位移计6测量到气弹模型7各测点的位移，通过数据采集与处理装置得到气弹模型7的位移响应时程。

本例气泵1为高压气泵，使用220V交流电供电，可以产生高压压缩空气并储存于自带的气缸2中，输出压缩空气压力可在一定范围进行调节；当气缸2内的压缩空气由于输出导致压强下降后，气泵1会立即响应向气缸2中补充压缩气体，保持气缸2内压强稳定在一定范围。气缸2和三通3连接处，三通3与气路支路连接处以及气路支路和由电磁阀所控制的气体喷口4连接处都使用了密封带进行了密封处理。

本例的由电磁阀所控制的气体喷口4的电磁阀采用高频电磁阀，动作频率能达到20Hz以上。本例的控制单元8采用可编程逻辑控制器(PLC)，可以输出高频脉冲信号，可编程逻辑控制器由直流电源供电。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种非接触气动激振装置，用于对气弹模型等柔性结构进行气动激振，其特征在于：主要由气泵、管路、气体喷口和电磁阀组成；由气泵供气的气缸通过气路分支器与分支气路连接；分支气路的端头设置有由电磁阀所控制的气体喷口；所述电磁阀与气体喷口一体设置，并被三脚架支撑在气弹模型下方；电磁阀与控制单元电气连接。

2.根据权利要求1所述的非接触气动激振装置，其特征在于：所述气路分支器至少为三通分支器。

3.根据权利要求1所述的非接触气动激振装置，其特征在于：采用的控制气体喷口的电磁阀为高频电磁阀，频率20Hz以上；控制单元采用可编程逻辑控制器PLC控制并可以输出高频脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的非接触气动激振装置，其特征在于：所述三脚架高度和方向可调；电磁阀被三脚架托起后，与气弹模型保持一定距离，距离不小于模型受激励后的最大振幅。