CN110617937B - 一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置，包括一对钢支架，钢支架和端板之间通过钢管固定连接形成框架体系；车辆测试天平与固定在钢支架上的水平的第一滑槽滑动连接，两侧钢支架上对应的车辆测试天平之间安装有刚性细杆；车辆模型滑动安装在刚性细杆上；梁段模型测试天平与固定在端板上的竖直的第二滑槽滑动连接；两个梁段模型测试天平之间连接有梁段模型，梁段模型沿长度方向为等截面，梁段模型与车辆模型在竖直向保持不接触。该测试装置能同时测试桥上有车辆存在时，车辆和桥梁各自在不同相对来流风攻角下的气动力，其测试结果更准确，可以极大地缩短测试时间，提高试验测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆模型风洞试验装置，尤其涉及一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置。
背景技术
为确保车辆在桥梁上安全运行，需要测试侧风作用下车辆和桥梁的气动力状态。实际车辆在处于桥梁上任何位置时，均处于桥梁的气动绕流之中，车辆的存在必然会影响桥梁的气动力状态，同时桥梁也处于车辆的气动绕流之中，桥梁的存在也必然会影响车辆的气动力状态。在一些特殊情况下，如两辆车在桥上交会时，两辆车彼此之间也会产生相互的气动干扰，此时的气动绕流现象与单辆车存在于桥上时也会有较大差别，桥梁在两辆车存在下的气动力状态会有别于单辆车存在于桥上或者单独桥梁存在时的气动力状态。当来流风向与车辆和桥梁之间存在一定夹角时，车辆和桥梁各自的气动力状态与来流风沿横桥向时也有一定差别。
现有的车辆、桥梁模型风洞试验装置中的车辆模型大多是静止的，试验系统仅考虑桥梁或静止的车辆模型单个物体进行试验，没有考虑车辆和桥梁间的相互气动影响，实际上二者是相互关联的，而现有的试验装置均忽略了这些影响，使得测试结果与实际情况相差较远，造成试验结果误差较大。
现有的车辆、桥梁模型风洞试验装置中也有考虑动态车辆模型的，可以同时分别测试动态车辆和梁段模型的气动力，但试验装置的设计连接方式使得测试天平无法测试车辆和桥梁模型的各自的力矩状态，也无法测试两辆车同时存在于桥上时以及来流风攻角相对于横桥向有一定偏差时各自的气动力状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置，该测试装置能同时测试桥上有车辆存在时，车辆和桥梁各自在不同相对来流风攻角下的气动力，其测试结果更准确，可以极大地缩短测试时间，提高试验测试效率，为车辆及桥梁的设计提供更可靠的保障；本发明装置结构简单，操作方便。可用于多种形式及尺寸的交通车辆、桥梁的风洞试验，适用范围广。
本发明为实现其发明目的所采用的技术方案是：
一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置，包括固定在风洞实验室底板上的一对钢支架，一对钢支架相对的面上分别固定有端板，钢支架和端板之间通过钢管固定连接形成框架体系；车辆测试天平通过第一连接杆固定在第一滑块上，所述的第一滑块与固定在钢支架上的水平的第一滑槽滑动连接，实现车辆测试天平沿第一滑槽水平向的滑动；所述的第一滑块和第一滑槽之间设有定位螺钉；
一对端板上对应开设有水平的端板开槽，两侧钢支架上对应的车辆测试天平之间安装有刚性细杆，刚性细杆穿过端板开槽；车辆模型滑动安装在刚性细杆上，并且位于两个端板之间；梁段模型测试天平通过第二连接杆固定在第二滑块上，所述的第二滑块与固定在端板上的竖直的第二滑槽滑动连接，实现梁段模型测试天平沿第二滑槽竖直向的滑动，第二滑块和第二滑槽之间设有定位螺钉；两个梁段模型测试天平之间连接有梁段模型，所述的梁段模型沿长度方向为等截面，梁段模型与车辆模型在竖直向保持不接触。
进一步的，所述的车辆测试天平通过设有第一可调节螺栓的第一钢箍环进行箍紧固定，第一钢箍环与车辆测试天平之间无缝隙贴合，第一钢箍环与第一连接杆固定连接，第一连接杆固定在第一滑块上，第一滑块内嵌于第一滑槽中，第一滑槽为固定在钢支架上沿水平向通长的滑槽杆，车辆测试天平表面设有第一定位螺孔。
所述的梁段模型测试天平通过设有第二可调节螺栓的第二钢箍环进行箍紧固定，使得第二钢箍环与梁段模型测试天平之间实现无缝隙贴合，第二钢箍环与第二连接杆相连接，第二连接杆固定在第二滑块)上，第二滑块内嵌于第二滑槽中，第二滑槽为固定在端板的端板开洞上沿竖直向通长的滑槽杆，段模型测试天平表面设有第二定位螺孔。
本发明的试验装置采用将车辆测试天平和梁段测试天平分别固定于同一钢支架的不同平面内的原因如下：测试天平的直径一般大于或等于梁高，且梁段模型与测试天平之间通常不是直接连接，而是通过钢管连接的两个法兰盘分别连接到梁段模型和天平上进行连接，而法兰盘的直径通常大于梁高，因此，若将车辆测试天平和梁段测试天平置于端板的同一平面内，会使得连接车辆测试天平与车辆模型的刚性细杆偏离梁段模型距离过大，从而使得车辆模型与梁段模型在高度方向上偏离较多，不符合实际情况。采用将车辆测试天平和梁段模型测试天平分别置于钢支架前后两平面内的发明设计方法则可以巧妙地避免测试天平“相互打架”的问题。
本发明工作过程和工作原理是：
在风洞实验室中启动风机时，风速入口会产生沿横桥向的侧向风，风荷载会同时作用在车辆及桥梁模型上，车辆及桥梁模型上的风荷载会传递到模型两端的测试天平上。在每个试验工况测试之前，需要先用车辆测试天平测试在无车辆模型状态下，连接车辆模型的刚性细杆的气动三分力，在正式开始有车辆存在下的气动三分力测试时将刚性细杆的气动力减去即可得到单独车辆的气动三分力。梁段模型测试天平测得的气动三分力即为梁段模型所受到的气动三分力。
在安装车辆模型和桥梁模型时，可以通过调节梁段测试天平在竖向的位置高度使得车辆和桥梁模型之间在竖向保持合适的距离。
当需要测试不同高度、宽度的车辆模型以及不同梁高的梁段模型的气动三分力时，可以通过调节车辆模型测试天平沿水平向的位置以及梁段模型测试天平沿竖向的位置使得车辆模型和梁段模型的相对位置保持合适。
当需要测试单辆车沿桥长方向不同位置处的气动三分力时，需要将车辆模型沿刚性细杆水平滑动之后固定住再进行测试。
当需要测试单车辆沿桥宽方向的位于不同位置处的气动三分力时，需要将车辆测试天平沿水平向移动来改变车辆模型相对于横桥向的位置，调整位置后用定位螺钉将车辆测试天平固定住再进行气动三分力测试。
当同时有两辆车位于沿桥长方向不同相对位置时，车辆和桥梁模型各自的气动三分力测试与单辆车位于桥上时的气动三分力测试原理相同，区别在于这一部分试验需要同时使用位于钢支架外侧的四个车辆测试天平，每两个对应的测试天平之间的刚性细杆上固定有一个车辆模型用以试验测试。通调整车辆模型沿刚性细杆的位置，实现两辆车从相视而行到交会再到背离远去的整个过程的有限位置的气动力测试及梁段模型的气动三分力测试。
当需要测试不同相对来流风攻角下的车辆和桥梁模型的气动力时，可以通过可调节螺栓调整车辆测试天平和梁段测试天平的转角，调整好角度之后将车辆模型和梁段模型分别固定好，再进行气动三分力测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在本发明试验装置中，通过调节车辆模型测试天平沿水平向的位置以及梁段模型测试天平沿竖向的位置保证本试验装置可以完成不同高度、宽度的车辆模型以及不同梁高的梁段模型的气动三分力测试。因此本发明的风洞试验装置适用于多种车辆模型和多种桥梁模型，其适用范围广。
本发明中的测试天平与车辆模型和梁段模型的连接方式保证了本试验装置可以同时测试车辆模型和梁段模型的气动三分力。相较于现有的同一时间只能测试车辆模型或者梁段模型单一结构物的试验装置来说，本发明的试验装置将会极大地节约试验时间，提高试验效率。
本发明的试验装置可以实现两辆车在不同相对位置处的气动力测试，也可以实现车辆模型和梁段模型在不同相对来流风攻角下车辆和桥梁模型各自的气动力三分力测试。试验装置功能多，设计合理。
本发明结构简单，操作方便，与常规静力测试系统相比仅增加了挡风面积较小的钢支架部分，对风洞中空气流动的扰动小。
附图说明
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置主视图。
图2是图1之A-A面剖视图；
图3是图1之B-B面剖视图；
图4是图1之C-C面剖视图；
图5是本发明中车辆天平的滑槽装置放大示意图；
图6是本发明中车辆天平的固定连接方式放大示意图；
图7是本发明中梁段天平的固定连接方式放大示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置，其组成是：固定在风洞实验室底板16上的钢支架1和固定在钢支架1上的端板7，钢支架1和端板7之间通过钢管连接形成稳定的框架体系；车辆测试天平4通过第一连接杆6和第一滑块3与固定在钢支架1上的第一滑槽2配合工作实现车辆测试天平4沿水平向的滑动，其中第一滑块3内嵌在第一滑槽2中，在外力作用下可以实现自由滑动，第一滑槽2和第一滑块3之间设有定位螺钉；固定在试验装置两侧钢支架1上的车辆测试天平4之间安装有刚性细杆5，刚性细杆5穿过位于端板7上的端板开槽10与车辆模型8连接，车辆模型8可以沿刚性细杆5滑动，也可以固定在刚性细杆5上保持不动；梁段模型测试天平12通过第二连接杆26和第二滑块23与固定在端板7上的第二滑槽22配合工作实现梁段模型测试天平12沿竖直向的滑动，其中第二滑块23内嵌在第二滑槽22中，在外力作用下可以实现自由滑动，第二滑块23和第二滑槽22之间设有定位螺钉；固定在试验装置两侧端板7上的梁段模型测试天平12之间连接有梁段模型9，所述的梁段模型9沿长度方向为等截面，梁段模型9与车辆模型8在竖直向保持不接触。
如图5和图6所示，所述的车辆测试天平4通过设有第一可调节螺栓14的第一钢箍环13进行箍紧固定，使得第一钢箍环13与车辆测试天平4之间实现无缝隙贴合，第一钢箍环13与第一连接杆6相连接，第一连接杆6固定在第一滑块3上，第一滑块3内嵌于第一滑槽2中，第一滑槽2为固定在钢支架1上沿水平向通长的滑槽杆，车辆测试天平4表面设有第一定位螺孔15，方便与其他结构连接固定。
如图7所示，所述的梁段模型测试天平12通过设有可第二可调节螺栓214的第二钢箍环213进行箍紧固定，使得第二钢箍环213与梁段模型测试天平12之间实现无缝隙贴合，第二钢箍环213与第二连接杆26相连接，第二连接杆26固定在第二滑块23上，第二滑块23内嵌于第二滑槽22中，第二滑槽22为固定在端板开洞11上沿竖直向通长的滑槽杆，梁段模型测试天平12表面设有第二定位螺孔215，方便与其他结构连接固定。
在安装车辆模型和桥梁模型时，可以通过调节梁段测试天平在竖向的位置高度使得车辆和桥梁模型之间在竖向保持合适的距离。在每个试验工况测试之前，需要先用车辆测试天平测试在无车辆模型状态下，连接车辆模型的刚性细杆的气动三分力，在正式开始有车辆存在下的气动三分力测试时将刚性细杆的气动力减去即可得到单独车辆的气动三分力。梁段模型测试天平测得的气动三分力即为梁段模型所受到的气动三分力。
Claims (2)
1.一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于，包括固定在风洞实验室底板(16)上的一对钢支架(1)，一对钢支架(1)相对的面上分别固定有端板(7)，钢支架(1)和端板(7)之间通过钢管固定连接形成框架体系；车辆测试天平(4)与固定在钢支架(1)上的水平的第一滑槽(2)滑动连接，实现车辆测试天平(4)沿第一滑槽(2)水平向的滑动；
一对端板(7)上对应开设有水平的端板开槽(10)，两侧钢支架(1)上对应的车辆测试天平(4)之间安装有刚性细杆(5)，刚性细杆(5)穿过端板开槽(10)；车辆模型(8)滑动安装在刚性细杆(5)上，并且位于两个端板(7)之间；梁段模型测试天平(12)与固定在端板(7)上的竖直的第二滑槽(22)滑动连接，实现梁段模型测试天平(12)沿第二滑槽(22)竖直向的滑动；两个梁段模型测试天平(12)之间连接有梁段模型(9)，所述的梁段模型(9)沿长度方向为等截面，梁段模型(9)与车辆模型(8)在竖直向保持不接触；
所述的车辆测试天平(4)通过设有第一可调节螺栓(14)的第一钢箍环(13)进行箍紧固定，第一钢箍环(13)与车辆测试天平(4)之间无缝隙贴合，第一钢箍环(13)与第一连接杆(6)固定连接，第一连接杆(6)固定在第一滑块(3)上，第一滑块(3)内嵌于第一滑槽(2)中，所述的第一滑块(3)和第一滑槽(2)之间设有定位螺钉；第一滑槽(2)为固定在钢支架(1)上沿水平向通长的滑槽杆，车辆测试天平(4)表面设有第一定位螺孔(15)。
2.根据权利要求1所述的一种同步测试静态车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：所述的梁段模型测试天平(12)通过设有第二可调节螺栓(214)的第二钢箍环(213)进行箍紧固定，使得第二钢箍环(213)与梁段模型测试天平(12)之间实现无缝隙贴合，第二钢箍环(213)与第二连接杆(26)相连接，第二连接杆(26)固定在第二滑块(23))上，第二滑块(23)内嵌于第二滑槽(22)中，第二滑块(23)和第二滑槽(22)之间设有定位螺钉；第二滑槽(22)为固定在端板(7)的端板开洞(11)上沿竖直向通长的滑槽杆，梁段模型测试天平(12)表面设有第二定位螺孔(215)。
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