[发明专利]一种三维风作用下刚体模型多点同步测力方法

说明书

本发明公开了一种三维风作用下刚体模型多点同步测力方法，将多个力传感器固定于刚体节段模型需测力部分，然后进行风洞试验，可以得到刚体节段模型需测力部分的风荷载；无需像目前常用的测力方法，只测出刚体构件模型的总力，再平均分给各个部分，测出的力更加精确；试验平台并不直接固定在风洞底部，避免在刚体测试段模型下端产生三维流动，保证刚体测试段模型处在二维流场中；调整支撑平台可以改变风的入射角度，便于模拟不同情况下模型的受力状态，适用于输电塔，钢结构房屋等刚体模型。

技术领域

本公开刚体力测量、转矩测量和流体压力测量领域，具体涉及一种三维风作用下刚体模型多点同步测力方法。

背景技术

气动三分力的准确测量对计算和表述刚体构件风荷载至关重要。目前，获得刚体构件气动三分力系数的方法主要有数值模拟和流体试验，相比较于数值模拟分析，流体实验直观可靠，能考虑各种端流效应，是目前应用比较多的技术手段。

刚体构件的气动三分力测试，首先必须搭建刚体结构支撑系统构件节段模型的气动三分力测试平台，现在大多数做法是，只利用一个力传感器，测出刚体模型构件的总力，再平均分配给各个部分，实际上，各部分受力是不同的，无法准确测出各部分所受的力，可能造成刚体模型中的某一部分受力较大，成为结构中的薄弱环节，成为事故发生的隐患；直接将力传感器与风洞转盘相连，风洞底板作为试验平台，可能会在刚体测试段模型下端产生三维流动，无法保证刚体测试段模型处在二维流场中，因此这些现有测量方法有不准确、不严谨、与试验结果藏有安全隐患等问题。

此外，参考文献(“圆管输电塔风荷载多天平同步测力风洞试验研究”，张宏杰等，《振动与冲击》第38卷第22期)的技术中虽然有解决以上技术问题的方案，但是其技术方案为直接测量的方法，通过试验结果和软件对比结果发现，直接测量计算所得存在明显的误差，无法保证测量结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三维风作用下刚体模型多点同步测力方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明利用多个力传感器对刚体节段模型进行同步测力的方法，将多个力传感器固定于刚体节段模型需测力部分，然后进行风洞试验，可以得到刚体节段模型需测力部分的风荷载，适用于输电塔，钢结构房屋等刚体模型。注：刚体节段模型为对于一个方向上长度较大，而其他方向上长度较小的钢体结构，风对结构的作用近似满足片条理论，可以通过节取测试段以及补偿段建立模型。是整个刚体结构的一部分。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种三维风作用下刚体模型多点同步测力方法，所述方法包括以下步骤：

S100：构建刚体模型的刚体节段模型；

S200：将多个力传感器固定于刚体节段模型需测力部分，然后进行风洞试验，得到刚体节段模型需测力部分的风荷载；

S300：定义坐标系并选取截断点；

S301：先定义整体坐标系，通常将来流方向定义为X轴正方向，根据右手法则定义Y轴正方向和Z轴正方向；再分别定义各力传感器的局部坐标系即各力传感器坐标系，局部坐标系与整体坐标系X轴、Y轴正方向相同，此时，风轴和体轴(风轴和体轴是风工程风洞试验上的定义，风轴就是风的来流方向，体轴一开始和风轴是重合的，为模型受风面的垂线)重合，为XOY坐标系，在试验过程中，风轴不变，体轴会随着刚体节段模型的旋转而发生变化，与风轴产生夹角；由于人工选取截断点的计算结果与计算机计算的结果有着较为显著的误差，为了保证试验结果的准确性，应当依据结构的受力特点选择截断点。风攻角是体轴和风轴的夹角。