CN107588923A - 一种大振幅自由扭转振动风洞试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种大振幅自由扭转振动风洞试验装置，属于自由扭转振动的风洞试验装置技术领域。固结在模型两端的圆形转轴竖向支撑在轴承上，仅允许模型在风荷载作用下发生扭转振动，而不发生竖向和侧向振动；固结在模型两端转轴上的齿轮随模型扭转振动，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，保证模型的线性扭转刚度。本装置可实现模型大幅自由纯扭转振动，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，因此适用于大振幅自由扭转振动。
Description
技术领域
本发明属于一种可以实现大振幅的、保证线性扭转刚度的自由振动风洞试验装置，具体涉及到通过将相互啮合的齿轮与齿板传动，将模型的大振幅自由扭转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测振系统的线性扭转刚度。
背景技术
自由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。传统自由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。对于小振幅扭转振动或弯扭耦合振动，弹簧的竖向倾斜较小，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，因此振动系统的扭转刚度不再保持常数，而是与振幅相关，因此对后续试验结果造成误差。扭转振幅越大，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主梁节段模型大振幅自由扭转振动的需要，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扭转振动试验装置。自由扭转振动风洞试验装置包括模型、圆形转轴、齿轮、齿板、轴承(带支架)、滑块、导轨和线性弹簧。
本发明的技术方案：
一种大振幅自由扭转振动风洞试验装置，包括模型1、齿轮2、圆形转轴3、轴承4、支架5、齿板6、滑块7、导轨8和弹簧9；
模型1两端刚性连接有圆形转轴3；圆形转轴3从中心穿过齿轮2并与之固定，圆形转轴3端部通过轴承4固定和限位，允许模型1、齿轮2、圆形转轴3共同做扭转自由振动，并保证三者同心；轴承4通过支架5支撑固定；位于齿轮2两侧，安装固定有弹簧9；弹簧9连接滑块7，滑块7安装在导轨8上，齿板6固结在滑块7上，并可以一起在导轨8上做上下滑动；齿板6与齿轮2啮合，模型1和齿轮2同步扭转振动，带动齿板6及安装在导轨8上的滑块7，在弹簧9约束下做上下竖直运动，弹簧9在伸缩过程中只产生竖向变形而不发生倾斜。本装置保证了模型1只做扭转振动，且在大振幅扭转振动过程中弹簧9只产生竖向线性伸缩变形，满足弹簧9几何刚度线性条件，保证了模型悬挂系统的线性扭转刚度。
本发明的有益效果：将大幅的扭转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，因此系统的扭转刚度和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刚度问题。
附图说明
图1是扭转自由振动风洞试验装置的构造图。
图中：1模型；2齿轮；3圆形转轴；4轴承；5支架；6齿板；7滑块；
8导轨；9弹簧。
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，大幅自由扭转振动装置由模型1、齿轮2、圆形转轴3、轴承4、支架5、齿板6、滑块7、导轨8和弹簧9组成。模型1与齿轮2、圆形转轴3固结形成整体，并保证同心，将圆形转轴3末端支撑在轴承4上，通过支架5固定，使模型1只能做自由扭转振动。齿轮2在随模型1做大振幅自由扭转振动过程中，带动齿板6做竖向运动，与齿板6固结的滑块7在导轨8上也随之做竖向运动，连接滑块的具有线性刚度的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刚度。因此，该装置可以保证模型在振动过程中只能进行扭转振动，而且可以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刚度非线性问题。
Claims (2)
1.一种大振幅自由扭转振动风洞试验装置，其特征在于，所述的大振幅自由扭转振动风洞试验装置包括模型(1)、齿轮(2)、圆形转轴(3)、轴承(4)、支架(5)、齿板(6)、滑块(7)、导轨(8)和弹簧(9)；模型(1)两端刚接有圆形转轴(3)；圆形转轴(3)穿过齿轮(2)并与之固定，圆形转轴(3)端部通过轴承(4)固定和限位，允许模型(1)、齿轮(2)、圆形转轴(3)共同做扭转自由振动，并保证模型(1)扭转中心与齿轮(2)、圆形转轴(3)同心；轴承(4)通过支架(5)支撑固定；位于齿轮(2)两侧，安装固定有弹簧(9)；弹簧(9)连接在导轨(8)上可以上下自由滑动的滑块(7)，齿板(6)固定在滑块(7)上，齿板(6)与齿轮(2)啮合，模型(1)和齿轮(2)同步扭转振动，带动齿板(6)及安装在导轨(8)上的滑块(7)，在弹簧(9)约束下做上下竖直运动，弹簧(9)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所述的大振幅自由扭转振动风洞试验装置，其特征在于，所述的齿轮(2)和齿板(6)根据模型(1)的扭转振幅和扭转刚度要求，确定齿轮(2)半径、齿距和齿板(6)长度。
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