CN114894410B - 模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置 - Google Patents

模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114894410B
CN114894410B CN202210540828.0A CN202210540828A CN114894410B CN 114894410 B CN114894410 B CN 114894410B CN 202210540828 A CN202210540828 A CN 202210540828A CN 114894410 B CN114894410 B CN 114894410B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
lifting
simulating
bearing seat
system test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210540828.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114894410A (zh
Inventor
赵林
付以恒
吴风英
官华
史慧彬
崔巍
方根深
葛耀君
宋神友
陈焕勇
刘健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202210540828.0A priority Critical patent/CN114894410B/zh
Publication of CN114894410A publication Critical patent/CN114894410A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114894410B publication Critical patent/CN114894410B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0008—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/06—Multidirectional test stands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/02—Wind tunnels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种模拟二维车道运动状态的车‑桥系统试验装置，包括：支撑底座；模拟装置，包括相对设置在支撑底座上的两个模拟机构，每个模拟机构包括升降机构、与升降机构的升降部相连接的第一承载座、设置在第一承载座上的旋转机构以及与旋转机构的旋转部相连接的第二承载座；节段模型，节段模型固定在两个第二承载座上。本发明能够实现节段模型的竖向和扭转振动，可模拟现实桥梁的竖向和扭转振动，便于判断特定外界条件下行车的安全性和舒适性；试验结果相比数值模拟来说更为直观可靠；可根据实际桥梁风环境研究不同桥梁的限行车速，适用范围较为广泛；试验可操作性强，应用时简单快捷，经济成本与时间成本较低。

Description

模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，尤其涉及一种模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置。
背景技术
现代桥梁随着跨径的不断突破，刚度与阻尼也随之降低。这就会导致其因外界的各种作用而产生随跨径增大的动力响应，即桥梁振动。同时在多种外界作用之中，风的影响最为频繁和显著，大跨桥梁经常会出现风致桥梁振动。特别是跨海地区的桥梁，由于海平面的地表粗糙度低，所以基本风速高于内陆地区；同时会经常遭受台风等特异风的影响，非常容易发生涡振、抖振等风致桥梁振动，这也就导致了跨海桥梁面临的风环境较为不利。
车辆在桥梁上通行，其安全性问题比在道路上行驶更为突出。其原因在于：(1)桥梁通常离地高度高，风速换算存在幂指数规律，桥面处风速大于路面处风速；(2)在大跨度桥梁的桥塔处，由于存在遮风效应，导致该处风环境参数急剧变化，作用在车辆上的风荷载也随之变化，这样快速变化的荷载会对驾驶产生一定影响；(3)大跨度桥梁属于柔性结构，在行车时及有风时会发生振动，形成风—车—桥系统耦合振动。
经过设计时的精确计算，风致桥梁振动通常不会对桥梁结构本身造成影响，但会增加桥上车辆的驾驶控制难度、影响车内人员的舒适度和主观心理感受。在极端情况影响下，会诱发桥面行驶汽车出现侧偏、侧滑，甚至是侧翻等事故。在现有交通管理体系中，为确保行车安全，通常采用的方法是根据实时风速限制车速，以此达到确保行车安全的目的。但是，目前限行风速标准还较多依赖经验确定，缺少有效的科学试验依据。因此，有时标准会过于保守，造成交通拥堵，对经济社会发展造成一定损失；或者过于激进，车内人员会受到比较大的侧风影响以及风所引起的桥梁振动，这样极易发生事故。
现有虽然出现了根据数值模拟计算风—车—桥作用下行车安全性和舒适性的方法。但是，其数值模拟无法实现对特异来流与桥面振动耦合情况下对车辆的作用模拟；还缺少对于当前风环境桥梁特殊振动响应对于行车和驾乘人员的影响评估。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，包括：
支撑底座；
模拟装置，包括相对设置在所述支撑底座上的两个模拟机构，每个所述模拟机构包括升降机构、与所述升降机构的升降部相连接的第一承载座、设置在所述第一承载座上的旋转机构以及与所述旋转机构的旋转部相连接的第二承载座；
节段模型，所述节段模型固定在两个所述第二承载座上。
作为本发明的进一步改进，所述第一承载座固定有升降座，所述升降机构的固定部设置有滑动轨道，所述升降座配合在所述滑动轨道上且沿所述滑动轨道竖直升降。
作为本发明的进一步改进，所述升降机构包括升降电缸，所述升降电缸的升降端与所述第一承载座固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述旋转机构包括旋转电机，所述旋转电机的旋转轴与所述第二承载座固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述支撑底座内设置有通槽。
作为本发明的进一步改进，所述通槽的截面呈倒T形。
作为本发明的进一步改进，所述第一承载座的截面呈L形，所述第二承载座的截面呈T形。
作为本发明的进一步改进，所述节段模型上设置有压力传感器。
作为本发明的进一步改进，所述节段模型的至少一端外设置有支架，所述支架上设置有红外测距仪。
作为本发明的进一步改进，还包括用于加载侧风的风洞实验室。
本发明的有益效果是：
(1)能够加载侧风和实现节段模型的竖向和扭转振动，可模拟现实桥梁的竖向和扭转振动，能够从试验上模拟风—车—桥耦合振动，便于分析特定外界条件下行车的安全性和舒适性。
(2)通过试验的方法研究风—车—桥耦合振动，在风洞实验室中能够直观的看到小车模型的动力学响应，以及是否发生侧翻、侧滑等危险性现象，相比数值模拟来说更加直观结果相比数值模拟来说更为直观可靠。
(3)可根据实际桥梁风环境研究不同桥梁的限行车速，适用范围较为广泛。
(4)试验可操作性强，应用时简单快捷，经济成本与时间成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的优选实施例的主视结构示意图；
图2为本发明的优选实施例的侧视结构示意图；
图中：10、支撑底座，101、通槽，20、模拟机构，201、第一承载座，202、第二承载座，203、升降座，204、滑动轨道，205、升降电缸，206、升降端，207、旋转电机，208、旋转轴，30、节段模型。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2，本申请实施例公开了一种模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，包括：支撑底座10；模拟装置，包括相对设置在支撑底座10上的两个模拟机构20，每个模拟机构20包括升降机构、与升降机构的升降部相连接的第一承载座201、设置在第一承载座201上的旋转机构以及与旋转机构的旋转部相连接的第二承载座202；节段模型30，节段模型30固定在两个第二承载座202上。升降机构为节段模型30的竖直运动提供动力；旋转机构通过第二承载座202将扭矩传递给节段模型30，从而为节段模型30的扭转运动提供动力。当升降机构的升降部沿竖直方向升降时，能够带动第一承载座201竖直升降，从而使得旋转机构及第二承载座202竖直升降，从而控制节段模型30的竖直运动；当旋转机构的旋转部转动时，通过第二承载座202带动节段模型30转动，从而控制节段模型30的扭转运动。
在本实施例中，第一承载座201固定有升降座203，升降机构的固定部设置有滑动轨道204，升降座203配合在滑动轨道204上且沿滑动轨道204竖直升降。升降机构的固定部设置在支撑底座10上保持固定不动，通过升降座203与滑动轨道204的配合，能够确保升降座203沿竖直方向直线运动，从而确保第一承载座201及其上的旋转机构受力平衡，提高试验准确性。
具体地，升降机构包括升降电缸205，升降电缸205的升降端206与第一承载座201固定连接。通过控制升降电缸205内的伺服电机的圈数和角速度来确定节段模型30竖直升降的位移和速度，从而准确模拟实际桥梁的竖向振动。
具体地，旋转机构包括旋转电机207，旋转电机207的旋转轴208与第二承载座202固定连接。通过控制旋转电机207的旋转轴208的旋转角度来确定节段模型30的扭转角度，从而准确模拟实际桥梁的扭转振动。
为了在确保支撑底座10支撑稳定的同时能够便于试验装置的移动，优选支撑底座10内设置有通槽101，通过设置通槽101减轻试验装置的重量，同时便于在通槽101内操作来移动支撑底座10。
具体地，通槽101的截面呈倒T形，加工简便，方便操作，同时使得支撑底座10平稳性好。
优选第一承载座201的截面呈L形，便于旋转电机207的放置，提高旋转电机207的平衡性，第二承载座202的截面呈T形，便于与节段模型30固定连接。
在本实施例中，节段模型30上设置有压力传感器(图中未示出)。优选地，压力传感器可以做成薄板铺设在节段模型30上，从而可以在节段模型30的各个位置感受到模型小车的压力。作为辅助，优选节段模型30的至少一端外设置有支架(图中未示出)，支架上设置有红外测距仪(图中未示出)，通过红外测距仪得到模型小车在节段模型30上的运动位置。
还包括用于加载侧风的风洞实验室(图中未示出)。通过在风洞实验室中施加侧风，结合节段模型30的竖向振动和扭转振动，实现模拟风—车—桥耦合振动情况。侧风可以是特异性侧风，特异性侧风包括脉动风速分布、功率谱是否符合冯卡门谱、是高斯湍流还是非高斯湍流等等，使得模拟的风环境更加全面。
支撑底座10和模拟装置安装在风洞实验室内，将小车模型放在节段模型30上。通过小车模型静止在节段模型30上，测量小车模型与风力相关的气动力系数。通过遥控控制小车模型以设定速度在节段模型30上前进，通过程序控制试验装置的升降电缸205的竖向位移和旋转电机207的角位移即可模拟实际情况下桥梁的竖向和扭转振动，再结合风洞试验，便形成风—车—桥耦合振动体系。通过红外测距仪以及节段模型30上的压力传感器，能够得到模型小车的位置，确定模型小车在哪个位置对节段模型30有压力，同时能够得到压力的变化，从而得到模型小车在移动、侧缝以及振动情况下实时的振动加速度，即可进行行车安全性和驾驶舒适度分析。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，包括：
支撑底座；
模拟装置，包括相对设置在所述支撑底座上的两个模拟机构，每个所述模拟机构包括升降机构、与所述升降机构的升降部相连接的第一承载座、设置在所述第一承载座上的旋转机构以及与所述旋转机构的旋转部相连接的第二承载座；
所述升降机构包括升降电缸，所述升降电缸的升降端与所述第一承载座固定连接；
所述旋转机构包括旋转电机，所述旋转电机的旋转轴与所述第二承载座固定连接；
节段模型，所述节段模型固定在两个所述第二承载座上。
2.根据权利要求1所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，所述第一承载座固定有升降座，所述升降机构的固定部设置有滑动轨道，所述升降座配合在所述滑动轨道上且沿所述滑动轨道竖直升降。
3.根据权利要求1所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，所述支撑底座内设置有通槽。
4.根据权利要求3所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，所述通槽的截面呈倒T形。
5.根据权利要求1所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，所述第一承载座的截面呈L形，所述第二承载座的截面呈T形。
6.根据权利要求1所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，所述节段模型上设置有压力传感器。
7.根据权利要求6所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，所述节段模型的至少一端外设置有支架，所述支架上设置有红外测距仪。
8.根据权利要求1所述的模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置，其特征在于，还包括用于加载侧风的风洞实验室。
CN202210540828.0A 2022-05-17 2022-05-17 模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置 Active CN114894410B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210540828.0A CN114894410B (zh) 2022-05-17 2022-05-17 模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210540828.0A CN114894410B (zh) 2022-05-17 2022-05-17 模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114894410A CN114894410A (zh) 2022-08-12
CN114894410B true CN114894410B (zh) 2023-11-17

Family

ID=82723444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210540828.0A Active CN114894410B (zh) 2022-05-17 2022-05-17 模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114894410B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118654846A (zh) * 2024-08-16 2024-09-17 中南大学 一种磁浮车轨桥耦合振动缩尺试验装置及其试验方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865778A (zh) * 2010-06-10 2010-10-20 重庆大学 一种车辆传动系统扭振激振装置及试验台
CN205919942U (zh) * 2016-06-30 2017-02-01 长沙理工大学 一种车‑桥耦合振动试验用车辆模型
CN108731908A (zh) * 2018-05-22 2018-11-02 同济大学 用于模拟行车过程的外界激励加载试验装置
CN212363607U (zh) * 2020-09-11 2021-01-15 大连理工大学 风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865778A (zh) * 2010-06-10 2010-10-20 重庆大学 一种车辆传动系统扭振激振装置及试验台
CN205919942U (zh) * 2016-06-30 2017-02-01 长沙理工大学 一种车‑桥耦合振动试验用车辆模型
CN108731908A (zh) * 2018-05-22 2018-11-02 同济大学 用于模拟行车过程的外界激励加载试验装置
CN212363607U (zh) * 2020-09-11 2021-01-15 大连理工大学 风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭震山.桥梁断面气动导数识别的三自由度强迫振动法.CNKI 博士电子期刊.2007,(第3期),第44-60页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114894410A (zh) 2022-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiang et al. Wind loads of moving vehicle on bridge with solid wind barrier
CN114894410B (zh) 模拟二维车道运动状态的车-桥系统试验装置
CN110887672A (zh) 一种智能汽车整车在环试验系统
CN1839302B (zh) 用于对汽车进行空气动力学测量的试验台和方法
Zhang et al. Analysis on running safety of train on bridge with wind barriers subjected to cross wind
CN103901411B (zh) 一种雷达测试设备及汽车雷达俯仰角测试方法
Baker High sided articulated road vehicles in strong cross winds
CN100450840C (zh) 一种车辆防侧翻惯性测量及控制方法
Xu et al. Numerical investigation on the aerodynamics and dynamics of a high-speed train passing through a tornado-like vortex
Li et al. Dynamic analysis of wind-vehicle-bridge coupling system during the meeting of two trains
D'Hooge et al. Application of real-world wind conditions for assessing aerodynamic drag for on-road range prediction
CN104894987A (zh) 全自动智能控制的桥梁风屏障
Kim et al. How wind affects vehicles crossing a double-deck suspension bridge
Xiang et al. Protective effect of railway bridge wind barriers on moving trains: an experimental study
Gou et al. Dynamic response of high-speed train-track-bridge coupling system subjected to simultaneous wind and rain
KR102130669B1 (ko) 강풍시 교량상 차량의 주행안전성 확보 시스템 및 방법
Wu et al. Aerodynamic characteristics of a high-speed train crossing the wake of a bridge tower from moving model experiments
Liu et al. Influences of wind barriers on the train running safety on a highway-railway one-story bridge
CN104679000B (zh) 一种移动机器人目标物感知能力室内模拟测试装置及测试方法
CN113804395A (zh) 用于模拟轨道列车与桥梁受载情况的测试装置
Cairns Lateral aerodynamic characteristics of motor vehicles in transient crosswinds
CN214473456U (zh) 多方位超声波风速测量装置
CN211519891U (zh) 一种旋翼测试塔
CN114264485A (zh) 一种无人驾驶汽车测试故障物模拟系统
CN206797460U (zh) 一种提高判断精度的方向盘

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant