CN107345846A - 一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置 - Google Patents

一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置，属于自由竖弯和扭转耦合振动的风洞试验装置技术领域。齿块固结在横梁两端，固结在模型两端的螺杆和横梁及齿块随模型做竖弯和扭转耦合振动，带动与其啮合的齿板及固定齿板的滑块沿固定在地面上的导轨做上下往复平动，连接在滑块上的竖向弹簧为模型悬挂系统提供扭转和竖向刚度，弹簧只有竖向线性拉伸变形，而不发生侧向倾斜，保证模型的竖向线性扭转和竖弯刚度，侧向自由度被有效约束。本装置可实现模型大幅自由竖弯和扭转耦合振动，弹簧只有竖向伸缩变形而不发生侧向倾斜，不存在传统自由振动试验装置中弹簧发生明显倾斜而无法保证线性扭转刚度的问题，且约束了模型不会发生侧向振动。

Description

一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置
技术领域
本发明属于一种可以实现大振幅的、保证线性扭转和竖弯刚度线性的自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置，具体涉及到通过将相互啮合的齿块与齿板传动，将模型的大振幅自由竖向和扭转耦合振动转化为竖向线性弹簧的自由伸缩平动，利用弹簧线性拉伸刚度实现模型的线性扭转和竖弯刚度。
背景技术
自由竖向和扭转耦合振动法是桥梁风洞试验测振的一种主要方法，也是风洞试验颤振导数识别的一种重要方法，自由耦合振动识别颤振导数的方法省时，且在振动过程中不必保证各振动模态刚度和频率相同。传统自由耦合振动试验装置采用弹簧悬挂主梁节段模型，优点在于装置简单，实现方便。对于小振幅弯扭耦合振动，当弹簧的竖向倾斜较小时，在弹簧振动过程中可以近似看作仅有竖向变形，弹簧近似满足线性几何刚度条件。但当自由竖向和扭转耦合振动中扭转振幅较大时，弹簧发生明显倾斜，弹簧几何刚度不满足线性条件，因此耦合振动系统的扭转和竖弯刚度不再保持常数，而是与振幅相关，因此对后续试验结果造成误差。自由竖向和扭转耦合振动振幅越大，弹簧倾斜越大，试验误差也越大。一般认为当扭转振幅在3°之内时，误差基本可以忽略。但对于研究大振幅的自由扭转振动情况，如塔科马旧桥风毁时，扭转振幅达到惊人的35°，采用传统自由竖向和扭转耦合振动试验装置根本无法模拟。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对风洞试验中桥梁及其他结构构件节段模型大振幅自由竖向和扭转耦合振动的需要，提供一种可以有效避免试验过程中非线性因素，保证大振幅线性自由竖向和扭转耦合振动试验装置。自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置包括模型、螺杆、螺母、横梁、齿块、齿板、滑块、线性弹簧和导轨。
本发明的技术方案：
一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置，其特征在于，所述的大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置包括模型1、螺杆2、螺母3、横梁4、齿块5、齿板6、滑块7、弹簧8和导轨9；模型1两端固结有螺杆(2)；螺杆2穿过横梁4并用螺母3固定，并保证模型1扭转中心与螺杆2、横梁4同心；横梁4两端固结有齿块5；位于齿块5两侧，安装固定有弹簧8；弹簧(8)连接在导轨9上，导轨9上连接有自由滑动的滑块7，齿板6固定在滑块7上，齿板6与齿块5啮合，模型1和齿块5同步做竖向和扭转耦合振动，带动齿板6及安装在导轨9上的滑块7，在弹簧8约束下做上下竖直运动，弹簧8在伸缩过程中只产生竖向变形而不发生倾斜。
所述的齿块5和齿板6根据模型1的扭转、竖向振动振幅和扭转、竖向平动刚度要求，确定齿块5弧长、齿距和齿板6长度。
本发明的有益效果：将大幅的竖向和扭转耦合振动转化为竖向平动，线性弹簧只产生竖向伸缩变形而不发生倾斜，满足几何刚度线性条件，振动过程中弹簧的拉伸刚度和力臂均不变，因此系统的扭转和竖弯刚度与振动频率在整个振动过程中都保持不变，避免了传统方法试验过程中弹簧倾斜引起的几何非线性和非线性扭转和竖弯刚度问题。另外，也约束了侧向自由度，不必像传统方法通过张拉钢丝办法来约束自由度，而且效果更好。
附图说明
图1是自由弯扭耦合振动风洞试验装置的构造图。
图中：1模型；2螺杆；3螺母；4横梁；5齿块；6齿板；7滑块；8弹簧；9导轨。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如图1所示，大幅自由弯扭耦合振动装置由模型1、螺杆2、螺母3、横梁4、齿块5、齿板6、滑块7、弹簧8和导轨9组成。模型1与螺杆2、横梁4(横梁4与齿块5固结)用螺母3固结形成整体，并保证同心。齿块5在随模型1做大振幅自由竖向和扭转耦合振动过程中，带动齿板6做竖向运动，与齿板6固结的滑块7在导轨9上也随之做竖向运动，滑块上的线性刚度弹簧产生竖向伸缩变形而不会倾斜，弹簧竖向刚度提供系统的扭转和竖弯刚度。因此，该装置可以保证模型避免传统装置中大振幅振动过程中，弹簧几何刚度非线性和系统扭转和竖弯刚度非线性问题，而且可以有效约束侧向振动的发生。

Claims (2)

1.一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置，其特征在于，所述的大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置包括模型(1)、螺杆(2)、螺母(3)、横梁(4)、齿块(5)、齿板(6)、滑块(7)、弹簧(8)和导轨(9)；模型(1)两端固结有螺杆(2)；螺杆(2)穿过横梁(4)并用螺母(3)固定，并保证模型(1)扭转中心与螺杆(2)、横梁(4)同心；横梁(4)两端固结有齿块(5)；位于齿块(5)两侧，安装固定有弹簧(8)；弹簧(8)连接在导轨(9)上，导轨(9)上连接有自由滑动的滑块(7)，齿板(6)固定在滑块(7)上，齿板(6)与齿块(5)啮合，模型(1)和齿块(5)同步做竖向和扭转耦合振动，带动齿板(6)及安装在导轨(9)上的滑块(7)，在弹簧(8)约束下做上下竖直运动，弹簧(8)在伸缩过程中只产生竖向变形而不发生倾斜。
2.根据权利要求1所述的大振幅自由竖向和扭转扭耦合振动风洞试验装置，其特征在于，所述的齿块(5)和齿板(6)根据模型(1)的扭转、竖向振动振幅和扭转、竖向平动刚度要求，确定齿块(5)弧长、齿距和齿板(6)长度。
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