一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置

摘要

本发明公开了一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置。该大尺度风洞试验模型同步测力试验装置包括用于进行测力的测试部和将测力数据进行采集的采集部；测试部包括的固定支架、自由单元和测力天平；采集部包括与数据传输线、放大单元、采集卡以及显示器。该大尺度风洞试验模型同步测力试验装置不仅能够简单地同步测量压力，测量结果还精准。

说明书

技术领域

本发明涉及风洞试验的技术领域，特别是涉及一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置。

背景技术

实际建筑结构尺寸较大且一般都为高耸结构，形成超大跨空间结构。由于超大跨空间结构等对于风荷载极其敏感，均需要通过风洞试验开展抗风研究。由于受风洞尺寸、试验技术条件的限制，风洞试验往往只能通过缩尺试验研究。缩尺试验存在多种相似比冲突的问题，很难满足。特别对于大型曲面结构，如冷却塔、烟囱和曲面厂房等，不同雷诺数条件下荷载千差万别。目前，缩尺试验采用表面粘贴纸条或者打磨的方式来改变表面粗糙度来应对雷诺数效应模拟的问题，然后采用测压的方式来研究结构表面风荷载。由于缩尺试验的要求苛刻，这种模拟方法虽然能够有效模拟风荷载的平均效果，但是对于风荷载的脉动效应很难模拟。

大尺度风洞试验研究开展非常有必要，然而传统测压方法不再适用。因为传统扫描阀测压方式将多个测点测压管线接在同一个扫描阀上面，为了避免测压管长度不同而测压结果不同步的问题，需要所有测压管长度一致。在大尺度风洞试验中，就需要很长的管线，管线太长造成测压结果不准确；若每个测压点用一个扫描阀，就需要大量扫描阀，而扫描阀成本较高，试验成本太高。

因此，针对现有技术中缩尺试验无法模拟脉动效应，而传统的测压方式对大尺度风洞试验存在结果不准或者成本过高的技术问题，有必要提供一种针对大尺度结构同步测压实施简单且精准的大尺度风洞试验模型同步测力试验装置。

发明内容

针对现有技术中缩尺试验无法模拟脉动效应，而传统的测压方式对大尺度风洞试验存在结果不准或者成本过高的技术问题，本发明实施例提供一种针对大尺度结构同步测压实施简单且精准的大尺度风洞试验模型同步测力试验装置。该大尺度风洞试验模型同步测力试验装置包括测试部和采集部，通过测试部的小分量高频测力天平获得较高频率的数据，实现实时同步测力大尺度结构每个位置的风荷载对于测试点结构的各个自由度的作用力。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置包括：用于进行测力的测试部和将测力数据进行采集的采集部；所述测试部包括：固定支架，用于支撑所述测试部并形成一个稳定的测试环境；自由单元，用于承受风载荷并获得多个自由度的受力数据；测力天平，与所述自由单元连接，用于接收所述自由单元的多个自由度的受力数据并将所述受力数据转换成电信号；所述采集部包括：数据传输线，与所述测力天平连接，用于传输所述测量天平所转换的电信号；放大单元，与所述数据传输线连接，用将所述数据传输线上所传输的电信号进行放大；采集卡，与所述放大单元连接，用于采集所述放大单元所放大的电信号；显示器，与所述采集卡连接，用于显示采集卡所述采集到的电信号的数值。

作为本发明的进一步改进，所述多个自由度为六个自由度。

作为本发明的进一步改进，所述试验装置包括多个测力天平和多个自由单元，所述多个测力天平和所述多个自由单元一一对应。

作为本发明的进一步改进，所述每个测力天平的顶部采用连接件固定在每个所对应的自由单元的形心位置。

作为本发明的进一步改进，所述固定支架为格构式双层圆柱，所述格构式双层圆柱包括内层壁和外层壁。

作为本发明的进一步改进，所述外层壁的中间位置断开，所述自由单元和所述测力天平设置于所述断开的区域。

作为本发明的进一步改进，所述自由单元包括多个规格一致且相互独立的受力部分。

作为本发明的进一步改进，所述自由单元的受力数据能够反映所述自由单元位置处的荷载系数。

作为本发明的进一步改进，所述受力数据转化为荷载系数的公式为其中，F为自由单元受力，ρ为空气密度，v为风速大小，Ω为积分区域。

作为本发明的进一步改进，所述测力天平为小分量高频测力天平。

本发明具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置通过多个自由单元和多个测力天平同步实时测量大尺度风洞结构每个位置的风荷载对于测试点结构的各个自由度的作用力，可用于结构效应分析或者荷载分析。进一步地，本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置能够同步地采集各个测试点结构的力，同步性高，信号损失小且受外界干扰小，有效地解决大尺度结构同步测压的不可实现性和不准确性问题。进一步地，本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置通过将风洞结构表面分为多个自由单元测力的方式可以应用到大尺寸结构风洞试验，试验技术可实现程度高，能够避免传统测压方式测压管高频能量耗散以及数据采集信号差的现象。本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置的试验可操作性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置的立体示意图；

图2为图1所示实施例中测力天平与自由单元相连的局部立体示意图；

图3为图1所示实施例中多个测力天平和多个自由单元布置的立体示意图。

附图中的标记说明：

100、试验装置 1、固定支架2、自由单元

3、测力天平 3-1、连接件11、内层壁

13、外层壁4、数据传输线5、放大单元

6、数据采集卡 7、显示器

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明第一实施例中一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置的立体示意图。在该实施例中，一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置100包括：用于进行测力的测试部和将测力数据进行采集的采集部。测试部包括用于支撑所述测试部并形成一个稳定的测试环境的固定支架1，用于承受风载荷并获得多个自由度的受力数据的自由单元2，与自由单元2连接且用于接收自由单元2的多个自由度的受力数据并将所述受力数据转换成电信号的测力天平3。采集部包括与测力天平3连接且用于传输测量天平3所转换的电信号的数据传输线4，与数据传输线4连接且用将数据传输线4上所传输的电信号进行放大的放大单元5，与放大单元5连接且用于采集放大单元5所放大的电信号的采集卡6，与采集卡6连接并用于显示采集卡6所述采集到的电信号的数值的显示器7。

在该实施例中，多个自由度为六个自由度。以笛卡尔坐标系为例，六个自由度具体为x轴方向移动、y轴方向移动、z轴方向移动、x轴方向转动、y轴方向转动和z轴方向转动。

在该实施例中，测力天平3采用小分量高频测力天平。测力天平3能够测力六个自由度力的数据，并且能够测量较高评率数据。每个测力天平3沿x方向指向径向安装在固定支架1上。

继续参考图1，固定支架1也可称为大尺寸风洞，即测试结构。在该实施例中，固定支架1为大尺寸圆柱结构。固定支架1为格构式双层圆柱，包括内层壁11和外层壁13。双层壁的设置，有效地保证试验装置100的刚度。内层壁11和外层壁13为间隔设置。在该实施例中，外层壁13的中间位置断开，自由单元2和测力天平3设置于所述断开的区域。内层壁11采用格构柱连接。在外层壁13的中间位置设置断开区域以及内层壁的格构柱连接结构，有效地保持结构的整体性。如本领域技术人员所知，固定支架1也可以为其他结构，即本发明实施例所提供的试验装置100也可适用于其他结构的同步测力。

试验装置100包括多个测力天平3和多个自由单元2，多个测力天平3和多个自由单元2之间为一一对应。如图2所示，本发明第一实施例中多个测力天平和多个自由单元布置的立体示意图。在该实施例中，试验装置100包括36个测力天平3和36个自由单元2。36个测力天平3和36个自由单元2分别均匀地分布在外层壁13的断开区域，形成类似圆柱结构的外壁。各个自由单元2之间相互独立且不互相影响，能够独立地将所受到风荷载传递致所连接的测力天平3上。当然，测力天平3和自由单元2的总个数也可以为其他数量，如12、24、48等。

如图2所示，本发明第一实施例中测力天平与自由单元相连的局部立体示意图。每个测力天平3的顶部采用连接件3-1固定在每个所对应的自由单元2的形心位置。在该实施例中，每个自由单元2包括多个规格一致且相互独立的受力部分。每个自由单元2的受力数据能够反映该自由单元位置处的荷载系数。所述受力数据转化为荷载系数的具体表达式如公式1所示：

其中，F为自由单元受力，ρ为空气密度，v为风速大小，Ω为积分区域。

继续参考图1，数据传输线4与测力天平3连接，且将测量天平3所转换的电信号传输给放大单元5。在本实施例中，多个测力天平3分别各自引出一根数据传输分线，且多根数据传输分线再汇总成一根数据传输线4。放大单元5与数据传输线4连接，且将数据传输线4上所传输的电信号进行功率放大的，为下一步数据采集进行范围匹配。采集卡6与放大单元5连接且采集放大单元5所放大的电信号。显示器7与采集卡6连接，并显示采集卡6所采集到的电信号的数值。进一步的，显示器7可以为带有显示器的电脑，电脑不仅能够显示采集卡6所采集到的数值，还能够将测力天平所采集到力的电信号进行清零和方向校正。

本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置通过多个自由单元和多个测力天平同步实时测量大尺度风洞结构每个位置的风荷载对于测试点结构的各个自由度的作用力，可用于结构效应分析或者荷载分析。

本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置能够同步地采集各个测试点结构的力，同步性高，信号损失小且受外界干扰小，有效地解决大尺度结构同步测压的不可实现性和不准确性问题。

本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置通过将风洞结构表面分为多个自由单元测力的方式可以应用到大尺寸结构风洞试验，试验技术可实现程度高，能够避免传统测压方式测压管高频能量耗散以及数据采集信号差的现象。

本发明实施例所提供的一种大尺度风洞试验模型同步测力试验装置的试验可操作性强。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。