[发明专利]一种连续可调的风洞实验线性阻尼装置

说明书

本发明公开了一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，包括刚性绝缘杆、金属片、连接板、电磁铁、电线、滑动变阻器、电源。可以提供线性、连续可调的竖向/扭转阻尼，竖向和扭转阻尼比可以独立调整，不存在传统阻尼器无法连续可调、线性度差、易受模型静风变位影响等问题。本装置安装方便、构造简单，能够在大静风变形和大振幅下获得线性、稳定的结构阻尼，且可以实现阻尼系数的连续调整，为土木结构风洞测试提供可靠的结构阻尼。

技术领域

本发明属于土木结构风洞测试技术领域，涉及一种风洞实验装置，具体涉及一种连续可调的风洞实验线性阻尼装置。

背景技术

弹簧悬挂节段模型风洞实验是测量大量土木柔性结构风致振动响应(颤振、驰振、涡振、抖振等)的一种重要方法，也是识别钝体断面气动参数的一种主要方法，这些土木柔性结构包括桅杆、桥梁主梁、吊杆、桥塔、拉索、输电线等等。弹簧悬挂节段模型风洞测试的一项重要要求是通过阻尼装置模拟实际结构的阻尼特性，有时也需要改变结构阻尼比的大小，以考察在实际结构施加阻尼器对风致振动的抑制效果。在风洞测试过程中，需要模型振动系统的结构阻尼特性是线性、连续可调的，且需要保证在风致大振幅振动和大静风变形时，结构阻尼特性保持稳定。

传统在风洞测试中施加结构阻尼的装置包括：在拉伸弹簧上附加钢丝圈阻尼器、在吊臂上施加TMD阻尼器、在拉伸弹簧上缠绕胶带等，存在如下问题：

(1)无法连续调整竖向和扭转阻尼，一般需要多次试错来“逼近”所需要的阻尼值，阻尼的误差不可避免；

(2)结构阻尼系数随模型振幅而显著变化；

(3)结构阻尼系数随模型的静风变形而变化。

传统施加结构阻尼装置存在的上述缺陷，会对风洞测试结果造成显著的误差，因此，研发一种新的阻尼装置来提供线性、连续可调的结构阻尼，一直是申请人关注的热点课题。

发明内容

针对土木柔性结构风洞振动测试中施加结构阻尼的需要，本发明的目的在于，提供一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，以避免振动试验中大静风变形和大振幅的干扰，保证竖向/扭转阻尼为线性、且可连续可调。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，包括刚性绝缘杆、圆形金属片、连接板、电磁铁、电线、滑动变阻器、电源、吊臂、拉伸弹簧和刚性试验模型；其特征在于，所述刚性绝缘杆与圆形金属片通过细螺栓连接，刚性绝缘杆上端与连接板固结；连接板通过胶带偏心固定于吊臂上；电磁铁、滑动变阻器和电源通过电线连接，形成一个闭合的直流电路，电流可通过滑动变阻器连续调整，从而在两层电磁铁之间形成一个近似均匀的磁场，通过改变滑动变阻器的电阻可以连续调整该磁场强度的大小；刚性试验模型两端与吊臂固结，刚性试验模型在风洞风场的激励下进行竖向/扭转运动，吊臂连同拉伸弹簧和圆形金属片随刚性试验模型同步进行竖向/扭转运动；金属片在运动过程中电磁铁附近的磁感线在其内部形成涡电流，电磁铁附近的磁场对涡电流产生阻尼力。

本发明的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置，与传统施加结构阻尼装置相比，带来的技术效果是，可以有效地实现土木结构风洞振动测试中结构阻尼比的连续调整，且阻尼系数保持为常数，不受模型大振幅振动和静风变形的影响，显著提高风洞试验测试的精度。该装置构造简单、易于安装调试、经济性好。

附图说明

图1是附加了本发明的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的弹簧悬挂节段模型试验装置示意图；

图2是本发明的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的阻尼参数设计计算简图，其中，(a)图是竖向阻尼计算简图，(b)图是扭转阻尼计算简图；

图3是施加了本发明的连续可调的风洞实验线性电涡流阻尼装置的阻尼比随振幅变化示例；