[发明专利]港口大型机械设备突发阵风响应风洞模拟装置及试验方法

权利要求书

1.一种港口大型机械设备突发阵风响应风洞模拟装置，其特征在于，包括设置在风洞洞体内的突发阵风模拟装置、设置在风洞进风端与突发阵风模拟装置之间的粗糙元组、一台相对于实际的港口大型机械设备等比例缩放的待测模型、目标测试设备以及两台风速测试仪器；其中，突发阵风模拟装置为由两块导流板(2)和一扇电动百叶窗(3)形成的“凵”形半封闭结构；电动百叶窗(3)朝向风洞来风端竖向设置在风洞洞体内，两块导流板(2)对称设置在电动百叶窗(3)两侧，使半封闭结构的开口侧朝向风洞另一端，两块导流板(2)与电动百叶窗(3)的两侧侧边密封连接固定为一体；电动百叶窗(3)包括窗体和多条竖向设置在窗体内的条形叶片(301)，每条条形叶片(301)均与设置在窗体上的电动马达(302)连接，电动马达(302)与设置在窗体上的控制器(303)连接，以实现同步驱动所有条形叶片(301)达到初始开合角度θ，并于预定时间以转动角速度ω，驱动所有条形叶片(301)转动至完全闭合状态；粗糙元组由分散且均布设置的多排的粗糙元构成，其布设在风洞进风端和突发阵风模拟装置之间，模拟与实际一致的来流地貌；待测模型设置在突发阵风模拟装置内的中心位置处，且其尺寸小于突发阵风模拟装置内部空间的尺寸；目标测试设备与待测模型相连接；两台风速测试仪器分别设置在突发阵风模拟装置内的中心位置处和来流不受干扰的来流参考位置处。

2.根据权利要求1所述的港口大型机械设备突发阵风响应风洞模拟装置，其特征在于，导流板(2)为木制矩形板；电动百叶窗(3)的条形叶片(301)采用强度为390～420MPa的铝合金叶片。

3.一种根据权利要求1所述的港口大型机械设备突发阵风响应风洞模拟装置的试验方法，其特征在于，步骤如下：

S1、在风洞中架设突发阵风模拟装置，并于风洞进风端与突发阵风模拟装置之间布设粗糙元模拟来流地貌；

S2、根据斯托罗哈相似准则，将原型风速参数等比例换算为突发阵风响应风洞模拟试验的风速参数，包括风洞试验风速U、风速突变前后的平均值U₁、U₂及突变加速度a，同时设定突发阵风响应风洞模拟试验中的试验采样时长T和试验采样频率f_s；

S3、根据步骤S2获取的突发阵风响应风洞模拟试验的风速参数，确定电动百叶窗的全部百叶的初始开合角度θ，以及经过T/2后全部百叶转动至完全闭合状态过程中的转动角速度ω，以实现模拟与原型突发阵风等同的突发阵风状态；

S4、将待测试位置的风速测试仪器移除，并在该位置处安装待测模型，将目标测试设备与待测模型连接，进行风洞模拟试验；其中，目标测试设备包括用于模拟测压实验的压力测试系统、用于模拟测力实验的测力天平或用于模拟测振实验的振动测试及采集仪器；接着，将风洞试验风速调至U*，并将百叶窗的百叶初始开合角度调整为θ*，待风速稳定后，设置在来流参考位置的风速测试仪器和设置在待测试位置的目标测试设备开始进行数据测量，并于T/2后启动电动马达以转动角速度ω驱动百叶的开合角度变化至180°，即得到待测模型在突发阵风作用下的风荷载/响应时程曲线；

S5、将经过步骤S4的风洞试验的模拟测量数据按照步骤S2的几何缩尺比换算为原型的相应数据，其具体换算方法为：

1)针对模拟测压实验，原型压力＝模型压力/λ_U²；

2)针对模拟测力实验，原型基底风力＝模型基底风力/λ_U²λ_L²，原型基底风力矩＝模型基底风力矩/λ_U²λ_L³；

3)针对模拟测振实验，原型位移响应＝模型位移响应/λ_L，原型加速度响应＝模型加速度响应/λ_a；

其中，λ_U为风速比；λ_L为港口大型机械设备缩放模型与港口大型机械设备原型的几何缩尺比；λ_a为加速度比。