[发明专利]一种适用于流致振动试验的变阻尼装置及方法

说明书

一种适用于流致振动试验的变阻尼装置，由齿条、齿轮组、变励磁直流电机、电机输出线、外接负荷电阻、他励电源线、可调节直流电源组成，采用变励磁直流电机和可调节直流电源相结合的形式，实现了系统中励磁的灵活变化。通过调节直流电源的输出电压，改变系统中变励磁直流电机的磁感应强度。上述过程实现了在高阻尼条件下，对系统阻尼的灵活调节，增强了系统阻尼调节的灵活性和试验系统的完整性。该装置经济性良好，各部分易于制作，安装方便，实用性很强；且结构原理简单清晰，同样适用于其他振动试验的阻尼调节，具有一定的普适性。相对于模拟形式的阻尼，可以从一定程度上提高物理试验的精确度。

技术领域

本申请涉及流致振动试验装置及方法，是一种通过改变系统励磁大小实现流致振动体系阻尼变化的阻尼调节装置与方法。

背景技术

流致振动现象广泛存在于土木、交通、水利、海洋等领域中，其能量巨大，对结构物的破坏作用显著。当然，也由于其蕴含的能量巨大，近年来引起了众多学者对于将该类振动应用于发电工程领域的关注(如密歇根大学所提出的低速海流发电装置，VortexInducedVibration ForAquatic Clean Energy，VIVACE)。

典型的流致振动现象包括涡激振动与驰振。涡激振动主要是由漩涡脱落导致的，而驰振则是由于升力失稳导致的。上述现象的形成机制都很复杂，且存在显著差异，同时涡激振动又很容易成为驰振的诱发因素。由于流致振动问题的复杂性，多数情况下数值模拟不能有效、完整反应真实的振动响应、尾流特征及振动演化机理，故该类科学问题的有效研究及方法验证大多基于物理模型试验。

在流致振动试验中，阻尼是非常重要的研究因素，直接关系到振动的振幅、锁定区间的大小、振动的形式特点等。因此，大多数流致振动试验都会对阻尼进行敏感性分析。不过，就目前而言阻尼的变化方式相对单一，主要是通过连接定励磁电机与电阻箱以实现阻尼变化，阻尼变化原理如下：

式中：

C_total——系统总阻尼；

C_m——系统机械阻尼；

α——系统转速比；

R₀——电机内阻；

R_L——外接负荷电阻；

L——电机线圈长度；

B——为磁感应强度。

从公式(1)可得，对于定励磁的电机，α、L、B、R₀保持不变；而对于固定的机械系统，系统的机械阻尼C_m为定值。因此，可通过改变外接负荷电阻R_L实现对系统总阻尼C_total的调节。

对于流致振动试验装置而言，振动在高阻尼条件下十分敏感，在低阻尼条件下不敏感。因此，为了更好的研究流致振动特性，需要保证系统处于高阻尼条件时具有较强可调性。然而，采用传统变电阻的方式，在高阻尼区电阻的微弱改变即会引起系统阻尼的较大变化，而这一变化对试验结果的精度和试验操作的灵活性都有较大影响。密歇根大学针对这一情况，自主研发了弹簧-阻尼-质量模拟器(Virtual damping and stiffness system,V_CK)系统，通过模拟阻尼形式解决上述问题。但该装置的阻尼始终不是真实阻尼，试验结果的精度依赖于模拟阻尼的算法。在某些情况下，不能完整的反映系统的阻尼变化情况。因此，急需一种在高阻尼条件下，灵活调节系统阻尼的装置。

发明内容

为此，本申请提出了一种变励磁变阻尼的相关装置及方法，有效解决了在高阻尼条件下，系统阻尼调节灵活性的问题。

目的