一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，包括一個纜索試件，所述的纜索試件固定在兩塊固定板之間，還包括風場生成系統、振動模態捕捉系統和風場調節系統。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明利用磁場模擬了風場，集成了風速調節、風向調節、自動激振、模態顯示以及模態捕捉等功能，通過對電磁鐵輸入電流使電磁鐵周圍產生磁場，使纜索試件在磁場中受磁感應力，從而達到模擬風場的目的，研究人員還可以通過風場調節系統改變風場的大小、方向等，為研究人員準確研究纜索在不同風荷載的作用下的動力響應提供了有效的工具。
【專利說明】一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于結構性能實驗領域，尤其涉及一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]風荷載是結構的重要設計荷載，對于高層建筑結構、高聳結構和大跨度橋梁，有時甚至起決定性作用。1940年美國舊塔科馬橋(Old Tacoma Narrows Bridge)因在8級大風(17m/s-20m/s)作用下發生強烈的風致振動后破壞而引起世人的重點關注，并最終在橋梁工程師與空氣動力學專家密切合作下形成了一門新興的邊緣分支學科——橋梁風工程學。橋梁風工程研究在橋址處各種可能的風場條件下，橋梁結構的靜力效應與動力響應，為新建橋梁的設計、施工提供解決方案。
[0003]隨著我國交通事業的迅速發展，大跨徑橋梁的建設已是今后我國橋梁工程發展的動向之一。至今我國已修建了為數甚多的各種類型的大跨徑橋梁，其中也包括不少世界級水平的長橋、大橋，但與國外相比，在抗風制振措施上還考慮得有限。大跨柔性橋梁如懸索橋和斜拉橋、剛性橋梁中的柔性構件，如拱橋的吊桿等，都必須進行橋梁風工程的研究。針對研究內容，橋梁風工程的研究方法主要有三種:風洞試驗、現場觀測以及數值模擬。
[0004]由于風洞試驗的成本高和資源少現狀，導致我國現階段關于風荷載方面的研究大多依托現場觀測和數值模擬。但現場觀測干擾因素較大，車輛、日照等都將影響觀測數據的準確性。而數值模擬又缺少必要的試驗數據支撐，由此嚴重阻礙了我國風荷載研究的步伐。因此現階段有必要開發一種有效模擬風荷載的試驗裝置。
【發明內容】
[0005]本發明需要解決的上述問題是針對上述現有技術風洞試驗成本高和資源少，現場觀測干擾因素較大，車輛、日照等都將影響觀測數據的準確性，以及數值模擬又缺少必要的試驗數據支撐等等的不足，而提供一種可以有效模擬風荷載的纜索風荷載磁場模擬實驗裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，包括一個纜索試件，所述的纜索試件固定在兩塊固定板之間，還包括風場生成系統、振動模態捕捉系統和風場調節系統；
所述的風場生成系統包括:兩個電磁鐵、轉動桿和步進轉動電機，所述的纜索試件設置在兩個電磁鐵的磁場中心，所述的兩個電磁鐵的一端分別固定在轉動桿上，所述的轉動桿與步進轉動電機的動力輸出端相連，所述的步進轉動電機與風場調節系統電連接；所述的兩個電磁鐵的另一端分別通過導線與風場調節系統連接；
所述的振動模態捕捉系統包括:光源和光線感應屏，所述的光源和光線感應屏相對設置在纜索試件的兩側，且所述的光源的光線方向與纜索試件相垂直；
所述的風場調節系統包括:風場控制裝置，所述的風場控制裝置包括風速調節旋鈕、激振按鈕、模態捕捉按鈕、控制器顯示屏、風向調節旋鈕、以及內置電路板，所述的內置電路板上集成有限流電阻、雙刀雙擲觸點開關、信號轉換器、以及步進轉動電機控制系統；
所述的風速調節旋鈕每一轉動格均對應一個限流電阻，并將所述的限流電阻分別與兩個電磁鐵串聯，所述的限流電阻用于改變電磁鐵兩端輸入電流的大小；
所述的激振按鈕與雙刀雙擲觸點開關相連，用于改變流經電磁鐵的電流的方向；
所述的模態捕捉按鈕與信號轉換器相連，用于將光線感應屏上的光信號轉化為數字信號，傳輸到控制器顯示屏，控制器顯示屏又將數字信號轉化為圖像顯示出來，按下模態捕捉按鈕用于存儲該時間段的數字信號；
所述的風向調節旋鈕與步進轉動電機控制系統連接，通過改變輸入步進轉動電機的脈沖數的參數來控制步進轉動電機的轉動角度，使磁場方向改變。
[0007]所述的固定板為鋼板墻，且由超強鋼材料制成。
[0008]所述的鋼板墻的外側分別設有用于提高了鋼板墻抵抗變形能力的加勁肋，所述的加勁肋包括局部豎向加勁肋；整體豎向加勁肋；整體橫向加勁肋。
[0009]所述的鋼板墻的厚度為20mm。
[0010]在所述的鋼板墻上設有纜索試件安裝孔，所述的纜索試件穿過鋼板墻上的纜索試件安裝孔，并被錨具固定，且在錨具和鋼板墻之間還設有墊片。
[0011]所述的電磁鐵為矩形。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明利用磁場模擬了風場，集成了風速調節、風向調節、自動激振以及模態捕捉等功能。先由風場調節系統給予纜索試件初始激振，初始激振的原理是迅速改變電流的輸入方式使磁場方向迅速改變并回位，此時磁感應力的方向也將迅速改變，瞬時沖量轉化為動量，使纜索試件產生激振。然后通過風場生成系統模擬風場使纜索試件受力振動，通過改變輸入電磁鐵的電流的大小以及電磁鐵與纜索試件的相對位置分別改變磁場強度以及方向，使纜索試件所受磁感應力產生變化，以達到模擬調節風場的目的。過程中由振動模態捕捉系統捕捉纜索試件的振動模態，光源發射信號，信號遇到纜索試件時將返回至光源，導致無法被光線感應屏接收，光線感應屏上所有未接收到信號的區域即為纜索試件的振動模態，信號轉換器將信號轉化并傳至風場調節系統，在控制器顯示屏上以圖像的方式直觀的顯示出來，通過風場調節系統中的風場控制裝置的模態捕捉按鈕可將所需的模態信息儲存。為研究人員準確研究纜索在不同風荷載的作用下的動力響應提供了有效的工具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0014]圖1是本發明纜索風荷載磁場模擬實驗裝置示意圖；
圖2是本發明風場生成系統作用原理圖；
圖3是本發明鋼板墻加勁肋布置示意圖；
圖4是本發明的風場控制裝置示意圖；
圖5是本發明的雙刀雙擲觸點開關的原理圖。
[0015]其中，1、電磁鐵；2、鋼板墻；2a、局部豎向加勁肋；2b、整體豎向加勁肋；2c、纜索試件安裝孔；2d、整體橫向加勁肋；3、纜索試件；4、錨具；5、墊片；6、光源；7、光線感應屏；8、轉動桿；9、步進轉動電機；10、導線；11、控制器顯示屏；12、風速調節旋鈕；13、激振按鈕；14、模態捕捉按鈕；15、風向調節旋鈕。
【具體實施方式】
[0016]附圖非限制性地公開了本發明所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本發明的技術方案。
[0017]如圖1至圖4所示，一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，包括一個纜索試件3，所述的纜索試件3固定在兩塊固定板之間，還包括風場生成系統、振動模態捕捉系統和風場調節系統；
所述的風場生成系統包括:兩個電磁鐵1、轉動桿8和步進轉動電機9，所述的纜索試件3設置在兩個電磁鐵I的磁場中心，所述的兩個電磁鐵I的一端分別固定在轉動桿8上，所述的轉動桿8與步進轉動電機9的動力輸出端相連,所述的步進轉動電機9與風場調節系統電連接；所述的兩個電磁鐵I的另一端分別通過導線與風場調節系統連接；
所述的振動模態捕捉系統包括:光源6和光線感應屏7，所述的光源6和光線感應屏7相對設置在纜索試件3的兩側，且所述的光源6的光線方向與纜索試件3相垂直；光源6發出光線，光線遇到纜索試件時將返回至光源，導致無法被光線感應屏7接收，光線感應屏7上所有未接收到光線的區域即為纜索試件3的振動模態，
所述的風場調節系統包括:風場控制裝置，所述的風場控制裝置包括風速調節旋鈕12、激振按鈕13、模態捕捉按鈕14、控制器顯示屏11、風向調節旋鈕15、以及內置電路板，所述的內置電路板上集成有限流電阻、雙刀雙擲觸點開關、信號轉換器、以及步進轉動電機控制系統；
所述的風速調節旋鈕12每一轉動格均對應一個限流電阻，并將所述的限流電阻分別與兩個電磁鐵I串聯，所述的限流電阻用于改變電磁鐵I兩端輸入電流的大?。浑娏髟酱箅姶盆FI產生的磁力越大，電磁鐵I對纜索試件3的吸引力的大小模擬風速的大??；
所述的激振按鈕13與雙刀雙擲觸點開關相連，用于改變流經電磁鐵的電流的方向；如圖5所示，5a為未按下激振按鈕13時的電路圖，C、D觸電分別與E、F觸點相連，電流方向向右，5b為按下激振按鈕13時的電路圖，C、D觸電分別與A、B觸點相連，電流方向向右；迅速按下激振按鈕13并按回到初始位置位，電磁鐵I兩端電流的輸入方向迅速改變，使電磁鐵I產生的磁場方向瞬間變換并回位，由于荷載的迅速變換，將瞬時沖量轉化為動量，使纜索試件3產生振動，完成激振的施加；
所述的模態捕捉按鈕14與信號轉換器相連，用于將光線感應屏7上的光信號轉化為數字信號，傳輸到控制器顯示屏11，控制器顯示屏11又將數字信號轉化為圖像顯示出來，按下模態捕捉按鈕14用于存儲該時間段的數字信號；
所述的風向調節旋鈕15與步進轉動電機控制系統連接，通過改變輸入步進轉動電機9的脈沖數的參數來控制步進轉動電機9的轉動角度，使磁場方向改變，電磁鐵I的磁力方向模擬風向。
[0018]所述的固定板為鋼板墻2，且由超強鋼材料制成，結實堅固，抗變形能力強。
[0019]如圖3所示，所述的鋼板墻2的外側分別設有用于提高了鋼板墻2抵抗變形能力的加勁肋，所述的加勁肋包括局部豎向加勁肋2a ;整體豎向加勁肋2b ;整體橫向加勁肋2d，保證鋼板墻2的整體與局部抵抗變形的能力。
[0020]所述的鋼板墻2的厚度為20mm，結實堅固，抗變形能力強。
[0021]在所述的鋼板墻2上設有纜索試件安裝孔2c，所述的纜索試件3穿過鋼板墻2上的纜索試件安裝孔2c，并被錨具4固定，且在錨具4和鋼板墻2之間還設有墊片5。
[0022]所述的電磁鐵I為矩形，當通入電流時電磁鐵I間會場生磁場，纜索試件3在磁場的作用下受力，從而達到模擬風荷載的目的。
[0023]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明利用磁場模擬了風場，集成了風速調節、風向調節、自動激振、模態顯示以及模態捕捉等功能，通過對電磁鐵輸入電流使電磁鐵周圍產生磁場，使纜索試件在磁場中受磁感應力，從而達到模擬風場的目的，先由風場調節系統給予纜索試件初始激振，然后通過風場生成系統模擬風場使纜索試件受力振動，過程中由振動模態捕捉系統捕捉纜索試件的振動模態，研究人員還可以通過風場調節系統改變風場的大小、方向等，為研究人員準確研究纜索在不同風荷載的作用下的動力響應提供了有效的工具。
【權利要求】
1.一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，包括一個纜索試件，所述的纜索試件固定在兩塊固定板之間，其特征在于:還包括風場生成系統、振動模態捕捉系統和風場調節系統； 所述的風場生成系統包括:兩個電磁鐵、轉動桿和步進轉動電機，所述的纜索試件設置在兩個電磁鐵的磁場中心，所述的兩個電磁鐵的一端分別固定在轉動桿上，所述的轉動桿與步進轉動電機的動力輸出端相連，所述的步進轉動電機與風場調節系統電連接；所述的兩個電磁鐵的另一端分別通過導線與風場調節系統連接； 所述的振動模態捕捉系統包括:光源和光線感應屏，所述的光源和光線感應屏相對設置在纜索試件的兩側，且所述的光源的光線方向與纜索試件相垂直； 所述的風場調節系統包括:風場控制裝置，所述的風場控制裝置包括風速調節旋鈕、激振按鈕、模態捕捉按鈕、控制器顯示屏、風向調節旋鈕、以及內置電路板，所述的內置電路板上集成有限流電阻、雙刀雙擲觸點開關、信號轉換器、以及步進轉動電機控制系統； 所述的風速調節旋鈕每一轉動格均對應一個限流電阻，并將所述的限流電阻分別與兩個電磁鐵串聯，所述的限流電阻用于改變電磁鐵兩端輸入電流的大小； 所述的激振按鈕與雙刀雙擲觸點開關相連，用于改變流經電磁鐵的電流的方向； 所述的模態捕捉按鈕與信號轉換器相連，用于將光線感應屏上的光信號轉化為數字信號，傳輸到控制器顯示屏，控制器顯示屏又將數字信號轉化為圖像顯示出來，按下模態捕捉按鈕用于存儲該時間段的數字信號； 所述的風向調節旋鈕與步進轉動電機控制系統連接，通過改變輸入步進轉動電機的脈沖數的參數來控制步進轉動電機的轉動角度，使磁場方向改變。
2.根據權利要求1所述的一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，其特征是:所述的固定板為鋼板墻，且由超強鋼材料制成。
3.根據權利要求2所述的一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，其特征是:所述的鋼板墻的外側分別設有用于提高了鋼板墻抵抗變形能力的加勁肋，所述的加勁肋包括局部豎向加勁肋；整體豎向加勁肋；整體橫向加勁肋。
4.根據權利要求2所述的一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，其特征是:所述的鋼板墻的厚度為20mm。
5.根據權利要求1所述的一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，其特征是:在所述的鋼板墻上設有纜索試件安裝孔，所述的纜索試件穿過鋼板墻上的纜索試件安裝孔，并被錨具固定，且在錨具和鋼板墻之間還設有墊片。
6.根據權利要求1所述的一種纜索風荷載磁場模擬實驗裝置，其特征是:所述的電磁鐵為矩形。
【文檔編號】G01M7/02GK104236828SQ201410440995
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】傅中秋, 吉伯海, 朱偉 申請人:河海大學
專業數控銑床產品供應商
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