CN114674521B - 一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气动力学模型技术领域，公开了一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法，气弹模型包括光伏组件、边立柱、侧立柱、边梁、横向拉索、下弦索、纵向稳定索、三角撑和V撑，所有构件的位置关系与柔性光伏支架原型的各构件一致，制作方法包括步骤一：获取气弹模型的张力缩尺比和几何缩尺比，张力缩尺比用于气弹模型模拟柔性光伏支架原型的结构频率；步骤二：基于几何缩尺比完成气弹模型的制作，气弹模型的柔性构件按照张力缩尺比进行制作；本发明的一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法，能够制作得到与柔性光伏支架动力特性相似的缩尺模型，能够获取有效的风洞试验测试数据，制作简单，可操作性强，在气弹模型风洞试验中具有实用性。

Description

一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及空气动力学模型技术领域，特别是一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法。

背景技术

气弹模型风洞试验通过制作与原结构动力特性相似的缩尺模型，并测试其荷载下的动力响应，从而得到原结构真实的动力响应。该方法能够较好的反应结构在荷载作用下的振动情况，并为设计提供参考。

传统建筑如桥梁、高层建筑的气弹模型设计方法，一般通过调整结构构件的刚度实现模型与实际建筑频率的吻合，通过施加“外衣”完成对模型气动外形的模拟，对于建筑及桥梁而言，此方法较为简洁，但是由于光伏支架结构由预应力钢绞线提供刚度，且各个构件缩尺后的尺寸较小，传统的设计制作方法不具备可操作性，不适用于设计制作柔性光伏支架的气弹模型。

目前一种柔性光伏支架如图7-图9所示，主要由施加预应力的横向拉索作为受力构件直接承载光伏组件，纵向稳定索和下弦索进行辅助支撑，整体结构的刚度较小，在风荷载作用下，会发生较大的竖向和扭转振动，与桥梁结构不同，柔性光伏支架受到向上风荷载时不易发生静力失稳的现象，而是产生较大的动力响应，该响应很难通过理论计算和有限元模拟获得，因此，为检验结构的安全性，使结构保持稳定的工作性能，应对其进行气弹模型风洞试验。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对柔性光伏支架需要进行气弹模型风洞试验，而目前缺乏对柔性光伏支架气弹模型的设计，存在难以开展相应的气弹模型风洞试验的问题，提供一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法，能够制作得到与柔性光伏支架动力特性相似的缩尺模型，能够获取有效的风洞试验测试数据，在气弹模型风洞试验中具有实用性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，包括如下步骤：

步骤一：获取气弹模型的张力缩尺比和几何缩尺比，其中，所述张力缩尺比用于气弹模型模拟柔性光伏支架原型的结构频率；

步骤二：基于几何缩尺比完成气弹模型的制作，其中，气弹模型的柔性构件按照所述张力缩尺比进行制作。

所述柔性构件是指柔性光伏支架气弹模型中的各种绳索，例如横向拉索、纵向稳定索和下弦索等，柔性光伏支架原型通常由施加预应力的横向拉索作为受力构件直接承载光伏组件，纵向稳定索和下弦索进行辅助支撑，由于所述柔性构件的存在，支架整体结构的刚度较小，在风荷载作用下，致使发生较大的竖向和扭转振动，故气弹模型中对所述柔性构件的模拟尤为重要，通过对所述柔性构件在满足几何缩尺比的基础上，再按照张力缩尺比进行设计，能够有效模拟所述柔性构件的结构频率，进而保证整个气弹模型能够符合结构频率比的模拟要求，即通过张力缩尺比辅助气弹模型有效模拟柔性光伏支架原型的结构频率，使得气弹模型在风洞试验中进行有效的测试。

本发明的一种柔性光伏支架气弹模型及其制作方法，能够制作得到与柔性光伏支架动力特性相似的缩尺模型，能够获取有效的风洞试验测试数据，在气弹模型风洞试验中具有实用性。

优选地，所述步骤一中，获取张力缩尺比包括如下步骤：

A、根据风洞截面尺寸及阻塞比要求确定气弹模型的几何缩尺比为1：n；得到所述气弹模型的质量缩尺比为1：n³，根据弗劳德数计算风速比，获取所述气弹模型的张力缩尺比。

优选地，所述步骤二中，气弹模型的制作包括如下步骤：

B、所述气弹模型的横向拉索、下弦索和纵向稳定索均按照所述几何缩尺比进行设计，并按照所述张力缩尺比计算得到各自的预拉力。

所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索形成的柔性连接，整体结构的刚度较小，会直接影响柔性光伏支架发生的竖向和扭转振动，通过对所述横向拉索、所述下弦索和所述纵向稳定索的设计，不仅按照几何缩尺比进行了模拟，还按照了张力缩尺比进行了模拟，能够对所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索的结构频率进行有效的模拟，从而获取有效的风洞试验数据。

优选地，所述步骤二中，气弹模型的制作还包括如下步骤：

C、所述气弹模型的光伏组件按照所述几何缩尺比和所述质量缩尺比进行设计，所述气弹模型的三角撑和V撑按照可连接的条件制作，所述气弹模型的边立柱、侧立柱和边梁按照刚度足够的条件制作；

D、所有设计制作的构件按照柔性光伏支架原型的位置关系进行连接固定，且所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索固定前按照各自的预拉力完成张拉，完成气弹模型的制作。

由于柔性光伏支架的气动外形主要体现在所述光伏组件上，且产生的竖向和扭转振动的构件中，主要的质量也体现在所述光伏组件上，将所述光伏组件按照几何缩尺比和质量缩尺比进行设计，能够保证风洞试验测试数据的有效性。

所述三角撑和所述V撑因为需要作为连接杆件连接所述横向拉索、所述下弦索和所述纵向稳定索，若完全按照几何缩尺比进行缩尺设计，不仅实际加工难以实现，而且因尺寸太小也难以进行气弹模型的连接操作，不具有可操作性，故可连接的条件制作是指设计的所述三角撑和所述V撑，在保证结构尺寸可加工以及能够作为连接杆件进行连接操作的条件下，其质量尽量接近理论的缩尺质量，降低对整个气弹模型模拟造成的偏差程度。

所述边立柱、所述侧立柱、所述边梁以及拉杆在柔性光伏支架原型中实际具有的刚度，几乎不会受到风载荷的影响，故在气弹模型中可以设计为不参与模态振动，制作气弹模型时，所述边立柱、所述侧立柱、所述边梁按照刚度足够的条件制作，是指这些构件根据需要支撑的质量，保证足够的刚度不受风荷载的影响进行制作即可，可以根据几何缩尺比确定大致的外形尺寸，不需要严格的按照刚度缩尺比进行制作，也不需要严格的控制加工精度，外形尺寸适合连接加工；而所述拉杆则直接在气弹模型中进行省略，整体简化了气弹模型的设计制作，更具有针对性的对实际受到风荷载影响的构件进行风洞试验。

通过该制作方法，对柔性光伏支架不同构件的材料、尺寸都进行了较好的模拟设计，能够获取有效的风洞试验测试数据，且制作简单，可操作性强，在气弹模型风洞试验中具有实用性。

优选地，所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索施加预拉力时，测试其结构频率并作为校核标准，反复调整所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索的预拉力。

所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索均是单根依次进行张拉，由于所述边立柱、所述侧立柱和所述边梁的刚度有限，则后面的张拉可能会导致结构出现微小的变形，从而使得前面已经张拉过的所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索的张拉力发生些微变化，造成模拟的偏差，通过测试所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索的结构频率进行校核，反复调整各自的实际拉力，最终以所述横向拉索、所述下弦索、所述纵向稳定索的结构频率作为是否满足模拟要求的控制标准，能够有效降低气弹模型在制作中产生的误差。

优选地，所述光伏组件是泡桐木板结构件。

所述泡桐木板材质的密度小于大多数的木板材质，十分接近柔性光伏支架原型的光伏组件的密度，能够在满足气弹模型几何缩尺比的要求下，有效保证光伏组件模型的实际质量接近理论的模拟质量，且泡桐木板具有一定的刚度，便于进行切割加工，使得模型制作具有可操作性。

优选地，将所述三角撑和所述V撑设计为铝合金结构件。

所述三角撑和所述V撑按照可连接的条件制作时，实际的结构尺寸会大于理论的结构尺寸，所述铝合金结构件具有良好的加工性能，便于生产制作，且密度小，能够有效缩小实际质量与理论质量的差距，进而提高气弹模型的模拟性能。

优选地，所述三角撑和所述V撑横向贯穿有连接件，所述连接件开设有纵向的贯穿孔。

所述三角撑和所述V撑均是通过铝合金薄板直接切割成型，是对铝合金薄板的板面进行固定，零件的尺寸过小且铝合金质软，故通常仅在一个平面进行切割或穿孔等操作，难以再对所述三角撑和所述V撑的厚度面进行纵向上的加工穿孔，所述连接件的设计，使得所述三角撑和所述V撑无需在厚度面进行加工，也能够同时连接所述横向拉索和所述纵向稳定索，便于所述三角撑和所述V撑的切割加工，提高了制作的可操作性。

优选地，还设有底座，将所述边立柱和所述侧立柱的底部均固定于所述底座；所述底座、所述侧立柱、所述边立柱、所述边梁、所述横向拉索、所述下弦索均通过螺栓连接固定。

所述底座在风洞试验中不参与模态振动，设计的所述底盘便于对所述气弹模型进行移动和安装固定；所述螺栓固定的操作简单，调节灵活，便于对所述气弹模型进行组装与拆卸操作，也便于在试验中改动结构或调节所述横向拉索、所述下弦索的预拉力。

优选地，所述步骤A中，根据弗劳德数计算所述风速比：

Fr_原型＝Fr_气弹模型，得到u² _原型/(gL_原型)＝u² _气弹模型/(gL_气弹模型)，几何缩尺比为1：n，物体的特征长度L_原型＝nL_气弹模型，得到柔性光伏支架原型与气弹模型的风速比

根据风速比计算张力缩尺比：柔性光伏支架原型与气弹模型的张力缩尺比λF＝λm×λa＝λm×λu²/λL＝λL²×λu²＝n³；

式中，λm为柔性光伏支架原型与气弹模型的质量比值，λa为柔性光伏支架原型与气弹模型的加速度比值，λL为柔性光伏支架原型与气弹模型的特征长度比值，λu为柔性光伏支架原型与气弹模型的风速比值。

气弹模型的弗劳德数需要与柔性光伏支架原型保持相似，保证了测试数据的有效性。

一种柔性光伏支架气弹模型，采用如上所述的太阳能柔性光伏支架气弹模型的制作方法进行制作，包括光伏组件、边立柱、侧立柱、边梁、横向拉索、下弦索、纵向稳定索、三角撑和V撑，所有上述构件的位置关系与柔性光伏支架原型的各构件一致。

所述位置关系是指上述构件之间的相对位置关系，即气弹模型模拟的构件的相对位置关系与柔性光伏支架原型相同，但构件之间的连接方式因尺寸空间等因素会有相应的改变；本发明的一种柔性光伏支架气弹模型，省略了拉杆构件，且针对性的对实际主要受到风荷载影响的构件进行风洞试验，能够模拟出与柔性光伏支架原型相似的动力特性，简化并省略了一些构件的设计制作，制作简单，可操作性强，在气弹模型风洞试验中具有实用性。

优选地，所述边立柱和所述侧立柱的底部共同固定有底座，所述三角撑和所述V撑均设有横向的连接件，所述连接件开设有纵向的贯穿孔。

所述底座用于放置并固定于风洞试验的场地上，保证了气弹模型在风洞试验中整体结构的稳定性，且便于对整个气弹模型进行移动和安装固定，在气弹模型的尺寸限制下，所述连接件便于实现所述三角撑和所述V撑连接所述纵向稳定索。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，能够制作得到与柔性光伏支架动力特性相似的缩尺模型，对柔性光伏支架不同构件的材料、尺寸都进行了较好的模拟设计，能够获取有效的风洞试验测试数据，且制作简单，可操作性强，在气弹模型风洞试验中具有实用性；

2、通过光伏组件的材质选择，能够在满足气弹模型几何缩尺比的要求下，有效保证光伏组件模型的实际质量接近理论的模拟质量，且泡桐木板具有一定的刚度，便于进行切割加工，使得模型制作具有可操作性；

3、通过三角撑和V撑的设计，具有加工并连接的实操性，且能够有效缩小实际质量与理论质量的差距，进而提高气弹模型的模拟性能；

4、通过施加预拉力时，测试横向拉索、下弦索和纵向稳定索的结构频率作为校核标准，能够有效降低因边梁、边立柱或侧立柱微变形产生的误差；

5、本发明的一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，实现了柔性光伏支架结构的气弹模型与原型之间在几何外形、质量和刚度上的相似性同步模拟，实现了对柔性连接的预张力进行合理准确施加，能够有效模拟柔性光伏支架原型结构的气动外形和风致振动动力特性，可为其它类似柔性支架的气弹模型制作提供试验指导；

6、本发明的一种柔性光伏支架气弹模型，针对性的对实际主要受到风荷载影响的构件进行风洞试验，能够模拟出与柔性光伏支架原型相似的动力特性，简化并省略了一些构件的设计制作，制作简单，可操作性强，在气弹模型风洞试验中具有实用性。

附图说明

图1是实施例所述的一种柔性光伏支架气弹模型的结构示意图；

图2是图1不含所述光伏组件和所述底座的结构示意图；

图3是实施例所述横向拉索和所述下弦索的连接示意图；

图4是实施例所述三角撑和所述V撑的连接示意图；

图5是实施例所述卡扣的结构示意图；

图6是实施例所述光伏组件的连接示意图；

图7是背景技术所述的一种柔性光伏支架原型的平面布置图；

图8是图6中下弦索的立面示意图；

图9是图6中三角撑的立面示意图；

图中标记：1-边立柱，2-侧立柱，3-光伏组件，4-横向拉索，5-纵向稳定索，6-三角撑，7-V撑，8-下弦索，9-边梁，10-底座，11-连接件，12-卡扣，13-垫块，1A-边立柱，2A-侧立柱，3A-光伏组件，4A-横向拉索，5A-纵向稳定索，6A-三角撑，7A-V撑，8A-下弦索，9A-边梁，10A-拉杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1-图2所示，本发明的一种柔性光伏支架气弹模型，包括光伏组件3、边立柱1、侧立柱2、边梁9、横向拉索4、下弦索8、纵向稳定索5、三角撑6、V撑7，所有上述构件的位置关系与柔性光伏支架的原型一致。

在本实施例中，柔性光伏支架原型如图7-图9所示，包括边立柱1A、侧立柱2A、光伏组件3A、横向拉索4A、纵向稳定索5A、三角撑6A、V撑7A、下弦索8A、边梁9A和拉杆10A。

边立柱1和侧立柱2的底部共同固定有一个矩形的底座10，三角撑6和V撑7均设有横向的连接件11，连接件11选用为螺栓，螺栓的末端开设有纵向的贯穿孔，用于纵向稳定索5贯穿连接。

该气弹模型的制作方法包括如下步骤：

步骤一：获取气弹模型的张力缩尺比和几何缩尺比，其中，所述张力缩尺比用于气弹模型模拟柔性光伏支架原型的结构频率；

步骤二：基于几何缩尺比完成气弹模型的制作，其中，气弹模型的柔性构件按照所述张力缩尺比进行制作。

在本实施例中，首先根据试验现场的风洞截面尺寸及阻塞比要求确定了气弹模型几何缩尺比为1：20，从而得到结构质量缩尺比为1：20³。

进一步的，需保证柔性光伏支架原型与气弹模型的弗洛德数一致，得到柔性光伏支架原型与气弹模型的风速比

同时确定了结构频率比为

根据风速比计算得到：柔性光伏支架原型与气弹模型的抗弯刚度缩尺比λEI＝λu²×λL⁴＝20⁵；柔性光伏支架原型与气弹模型的张力缩尺比λF＝λm×λa＝λm×λu²/λL＝λL²×λu²＝20³；

附图中的柔性光伏支架仅为示意图，并不代表柔性光伏支架具体的跨数与排数，柔性光伏支架原型各个构件的参数如表1所示：

表1原型结构各构件参数

构件名称	截面尺寸/mm	单位质量kg/m	预拉力/N
				拉杆	Φ20	2.46
横向上拉索	Φ12.7	0.77	21.8
				横向下拉索	Φ12.7	0.77	21.8
下弦索	Φ12.7	0.77	42.1
				纵向上稳定索	Φ9.5	0.43	4.0
纵向下稳定索	Φ9.5	0.43	4.0
				边梁	HW250×255×14×14	81.67
三角撑、V撑	圆管Φ42.3×2.2	2.18
				光伏组件	1133×2256×35

根据柔性光伏支架原型，气弹模型中横向拉索4包括横向上拉索和横向下拉索，横向上拉索的水平高度高于横向下拉索，从而放置在横向拉索4上的光伏组件3能够形成倾角，横向拉索4选用为钢丝，按照几何缩尺比可知横向拉索4截面的理论直径为0.635mm，但由于实际的加工条件或可购买的规格，确定了横向拉索4截面的实际直径为0.5mm，结合材质得到横向拉索4实际的单位质量为1.54g/m，根据张力缩尺比确定了横向拉索4的初始预拉力为2.73N，同理，下弦索8根据计算后确定截面的实际直径为0.5mm的钢丝，给予下弦索8初始的预拉力为5.26N；

纵向稳定索5也包括纵向上拉索和纵向下拉索，纵向稳定索5也选用为钢丝，按照几何缩尺比得到截面的理论直径为0.475mm，根据实际的加工条件确定截面的实际直径为0.4mm，对应实际的单位质量为0.99g/m，根据张力缩尺比计算了纵向稳定索5的初始预拉力为0.5N，拉力较小，对结构频率影响可忽略的情况下也可以不对纵向稳定索5进行张拉，本次实施例则是未对纵向稳定索5进行张拉，若当纵向稳点索的预拉力不可忽略时，按照横向拉索4的张拉方式及连接方式进行张拉即可。

三角撑6和V撑7若根据原型按照几何缩尺比进行设计，尺寸太小的圆管结构无法进行加工制作，更难以作为连接杆件连接横向拉索4和纵向稳定索5，且三角撑6和V撑7作为连接件11，对柔性光伏支架振动的影响较小，故在选用密度小的铝合金进行制作的情况下，保证制作成型的三角撑6和V撑7的质量不明显影响整个模型的质量缩尺，确定为实心的矩形杆件，且实际截面尺寸为2.5mm×2mm，如此，三角撑6和V撑7具有加工的可操作性，且能够作为连接杆件进行连接操作；

三角撑6和V撑7均是需要通过铝合金薄板直接切割成型，是对铝合金薄板的板面进行固定，故只能对三角撑6和V撑7的一个平面进行切割或穿孔等操作，零件的尺寸过小且铝合金质软，实际加工中，无法再对三角撑6和V撑7的厚度面进行纵向上的加工穿孔，故为了三角撑6和V撑7能够同时连接横向拉索4和纵向稳定索5，三角撑6和V撑7的板面贯穿设有横向的连接件11，连接件11为钢制的螺栓，便于加工纵向的贯穿孔连接纵向稳定索5，且三角撑6和V撑7之间也通过横向的螺栓进行固定；

三角撑6的三个边角处均开设一个通孔，分别用于横向上拉索、横向下拉索和下弦索8贯穿连接，三角撑6底部的边角处设有一个横向的螺栓用于连接纵向下稳定索，三角撑6中部的两个侧边也各设有一个横向的螺栓用于共同连接纵向上稳定索，螺栓上均开设纵向的贯穿孔与纵向稳定索5连接；V撑7的底角处设有一个横向的螺栓用于连接纵向下稳定索，V撑7的两端分别连接一个三角撑6，且是通过三角撑6中部的横向螺栓进行的连接固定。

区别于光伏支架原型中三角撑6A、V撑7A连接纵向稳定索5A的连接方式，在实际施工中一般不会采取螺栓的连接方式，通常是设计有专用的连接零件，本发明的连接方式适用于气弹模型，通过对气弹模型中三角撑6和V撑7的结构及连接设计，即设计为实心的小尺寸矩形构件便于加工，同时在加工面贯穿有螺栓作为连接件11，便于三角撑6和V撑7连接纵向稳定索5，在尽可能减少实际质量与理论质量差异的情况下，三角撑6和V撑7具有加工的可操作性，且具有作为连接杆件进行连接的实操性，达到了较好的模拟效果；

光伏组件3为板状结构，按照几何缩尺比可知理论尺寸为56.65mm×112.8mm×1.75mm，根据加工条件确定的实际尺寸为56mm×112mm×2mm，光伏组件3选用泡桐木板进行加工制作，泡桐木材质的密度较小，与光伏组件3实际材料的密度接近，且具有一定的刚度便于进行切割加工，能够保证加工的尺寸满足气弹模型缩尺比的要求，气弹模型各构件的实际参数如表2所示：

表2气弹模型各构件参数

构件名称	截面尺寸/mm	单位质量g/m	理论单位质量g/m	预拉力/N
					横向上拉索	Φ0.5	1.54	1.24	2.73
横向下拉索	Φ0.5	1.54	1.24	2.73
					下弦索	Φ0.5	1.54	1.24	5.26
纵向上稳定索	Φ0.4	0.99	0.69	0.50
					纵向下稳定索	Φ0.4	0.99	0.69	0.50
三角撑、V撑	矩2.5×2
					光伏组件	56×112×2

由于柔性光伏支架原型受到风荷载作用后产生的竖向和扭转振动，主要是横向拉索4A，下弦索8A、纵向稳定索5A、光伏组件3A以及起连接作用的三角撑6A和V撑7A影响的，而边立柱1A、侧立柱2A、边梁9A以及拉杆10A，结构本身的刚度足够，风载荷的影响可以忽略，故在气弹模型中可以不参与模态振动，制作气弹模型时，可以根据几何缩尺比确定大致的外形尺寸，不需要严格的按照刚度缩尺比进行制作，也不需要严格的控制加工精度，根据需要支撑的质量，保证足够的刚度不受风荷载的影响以及外形尺寸适合连接加工即可；而拉杆10A相应可以直接在气弹模型中进行省略，简化了气弹模型的设计制作，更具有针对性的对实际受到风荷载影响的构件进行风洞试验。

所有的边立柱1和侧立柱2均共同固定在一个底座10上，该底座10采用标准的铝合金型材拼装成适应支架的方框状结构。

将设计的构件按照原型中各构件的位置关系进行组装，其中，边立柱1和侧立柱2均通过螺栓与底座10固定连接，边立柱1与边梁9之间也通过螺栓固定连接；

如图4所示，V撑7通过三角撑6中部的螺栓与三角撑6固定后，将横向上拉索、横向下拉索和下弦索8分别穿过三角撑6三个边角的通孔形成连接，将纵向上稳定索穿过所有三角撑6中部螺栓上的纵向贯穿孔形成连接，将纵向下稳定索穿过所有三角撑6底部螺栓上的纵向贯穿孔以及所有V撑7中部螺栓上的纵向贯穿孔形成连接；

如图3和图5所示，将横向上拉索、横向下拉索和下弦索8依次固定在边梁9上，且横向上拉索固定于边梁9的上表面，横向下拉索和下弦索8固定于边梁9的下表面，具体的固定方式是先使用卡扣12锁紧横向拉索4和下弦索8，以便于使用拉力计进行张拉，边梁9上安装有垫块13初步夹持住横向拉索4和下弦索8，再使用拉力计按照计算的预拉力依次进行张拉，张拉完毕后，使用螺栓配合垫块13将横向拉索4和下弦索8锁紧。

其中，由于边立柱1与边梁9的刚度有限，在依次进行张拉时，后面的张拉可能会导致结构出现微小的变形，从而使得前面已经张拉过的横向拉索4和下弦索8的张拉力可能会发生些微变化，因此需要通过测试横向拉索4和下弦索8的结构频率进行校核，反复调整所有横向拉索4和下弦索8的实际拉力，最终以横向拉索4和下弦索8的结构频率作为是否满足模拟要求的控制标准。

纵向稳定索5没有进行张拉则直接贯穿侧立柱2进行固定即可，通过三角撑6和V撑7将多排光伏组件3进行连接，使支架结构在纵向成为一个整体；

如图6所示，光伏组件3与横向拉索4采用四点连接的方式，在泡桐薄木板底部适当的位置预制好四个卡件，确定好位置与横向拉索4卡接后，使用胶水进行固定粘结。

根据上述制作方法制作成型的气弹模型，各个构件的实际质量与理论质量的对比如表3所示，从表中可知，实际的模型质量与理论的模型质量的98.9％，误差较小，质量的缩尺模拟效果较好，其中，光伏组件3作为整个气弹模型的主要质量影响因素，故模拟光伏组件3的选材尤为关键，不仅需要选材的密度接近实际材料的密度，且需要具有一定的刚度便于加工制作。

表3模型质量对应表

如表4所示，对气弹模型进行频率测试，获得气弹模型实际的竖弯频率为5.6、扭转频率为8.6，柔性支架原型经过有限元计算，竖弯频率为1.22、扭转频率为1.92，按照结构频率比

可知，气弹模型的竖弯频率的理论值为5.5、扭转频率的理论值为8.6，气弹模型的实际频率与理论频率几乎相近，说明了本发明制作的气弹模型很好的完成了对柔性光伏支架结构频率的模拟，本发明制作的气弹模型能够满足对柔性光伏支架的结构外形、结构质量和结构频率的模拟，在风洞试验中具有良好的实用性。

表4模型频率对照表

	原型有限元计算频率	模型理论频率	模型实际频率
				竖弯频率	1.22	5.5	5.6
扭转频率	1.92	8.6	8.6

此外，若试验成本与试验时间的条件都允许情况下，制作模型时，也可以对边立柱1、侧立柱2和边梁9按照计算的刚度缩尺比进行设计制作，且原型中边立柱1A和侧立柱2A固定连接的拉杆10A也可以进行设计制作，完整的模拟整个柔性光伏支架进行风洞试验，获取最优的测试结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，其特征在于，所述柔性光伏支架气弹模型包括光伏组件(3)、边立柱(1)、侧立柱(2)、边梁(9)、横向拉索(4)、下弦索(8)、纵向稳定索(5)、三角撑(6)和V撑(7)；光伏组件(3)、边立柱(1)、侧立柱(2)、边梁(9)、横向拉索(4)、下弦索(8)、纵向稳定索(5)、三角撑(6)和V撑(7)的位置关系与柔性光伏支架原型一致；所述边立柱(1)和所述侧立柱(2)的底部共同固定有底座(10)，所述三角撑(6)和所述V撑(7)均设有横向的连接件(11)，所述连接件(11)开设有纵向的贯穿孔；

所述柔性光伏支架气弹模型的制作方法包括如下步骤：

步骤一：获取柔性光伏支架气弹模型的张力缩尺比和几何缩尺比，其中，所述张力缩尺比用于所述柔性光伏支架气弹模型模拟柔性光伏支架原型的结构频率；

获取张力缩尺比包括如下步骤：

A、根据风洞截面尺寸及阻塞比要求确定所述柔性光伏支架气弹模型的几何缩尺比为1：n；得到所述气弹模型的质量缩尺比为1：n ³，根据弗劳德数计算风速比，获取所述柔性光伏支架气弹模型的张力缩尺比；

步骤二：基于几何缩尺比完成所述柔性光伏支架气弹模型的制作，其中，所述柔性光伏支架气弹模型的柔性构件按照所述张力缩尺比进行制作；

所述柔性光伏支架气弹模型的制作包括如下步骤：

B、所述柔性光伏支架气弹模型的横向拉索(4)、下弦索(8)和纵向稳定索(5)均按照所述几何缩尺比进行设计，并按照所述张力缩尺比计算得到各自的预拉力；

C、所述柔性光伏支架气弹模型的光伏组件(3)按照所述几何缩尺比和所述质量缩尺比进行设计，所述柔性光伏支架气弹模型的三角撑(6)和V撑(7)按照可连接的条件制作，所述柔性光伏支架气弹模型的边立柱(1)、侧立柱(2)和边梁(9)按照刚度足够的条件制作；

D、所有设计制作的构件按照柔性光伏支架原型的位置关系进行连接固定，且所述横向拉索(4)、所述下弦索(8)、所述纵向稳定索(5)固定前按照各自的预拉力完成张拉，完成所述柔性光伏支架气弹模型的制作；

所述横向拉索(4)、所述下弦索(8)、所述纵向稳定索(5)施加预拉力时，测试其结构频率并作为校核标准，反复调整所述横向拉索(4)、所述下弦索(8)、所述纵向稳定索(5)的预拉力。

2.根据权利要求1所述的一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，其特征在于，将所述光伏组件(3)设计为泡桐木板结构件，将所述三角撑(6)和所述V撑(7)设计为铝合金结构件。

3.根据权利要求1所述的一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，其特征在于，所述底座(10)、所述侧立柱(2)、所述边立柱(1)、所述边梁(9)、所述横向拉索(4)、所述下弦索(8)均通过螺栓连接固定。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种柔性光伏支架气弹模型的制作方法，其特征在于，所述步骤A中，根据弗劳德数计算所述风速比：

Fr_原型=Fr_气弹模型，得到u ² _原型/（gL _原型）=u ² _气弹模型/（gL _气弹模型），几何缩尺比为1：n，物体的特征长度L _原型=nL _气弹模型，得到柔性光伏支架原型与气弹模型的风速比

；

根据风速比计算张力缩尺比：柔性光伏支架原型与气弹模型的张力缩尺比λF=λm×λa=λm×λu²/λL=λL²×λu²=n ³；

式中，λm为柔性光伏支架原型与气弹模型的质量比值，λa为柔性光伏支架原型与气弹模型的加速度比值，λL为柔性光伏支架原型与气弹模型的特征长度比值，λu为柔性光伏支架原型与气弹模型的风速比值。

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