WO2019019246A1 - 一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置 - Google Patents

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Abstract

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（5）固结在横梁（4）两端，固结在模型（1）两端的螺杆（2）和横梁（4）及齿块（5）随模型（1）做竖弯和扭转耦合振动，带动与其啮合的齿板（6）及固定齿板（6）的滑块（7）沿固定在地面上的导轨（9）做上下往复平动，连接在滑块（7）上的竖向弹簧（8）为模型（1）悬挂系统提供扭转和竖向刚度，弹簧（8）只有竖向线性拉伸变形，而不发生侧向倾斜，保证模型（1）的竖向线性扭转和竖弯刚度，侧向自由度被有效约束。该装置可实现模型（1）大幅自由竖弯和扭转耦合振动，弹簧（8）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（8）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（1）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
[0001] 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
[0002] 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吋， 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吋， 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 扭转振幅较大吋， 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°之内吋， 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， 如塔科马旧桥风毁吋， 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。
技术问题
[0003] 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。 问题的解决方案 技术解决方案
[0004] 一种大振幅自由竖向和扭转耦合振动风洞试验装置， 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。
发明的有益效果
有益效果
[0005] 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。
对附图的简要说明
附图说明
[0006] 图 1是自由弯扭耦合振动风洞试验装置的构造图。
[0007] 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
本发明的实施方式
[0008] 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

权利要求书
[权利要求 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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