内压脉动机理研究的多功能试验装置

摘要

本发明公开了一种内压脉动机理研究的多功能试验装置。两个相同的大圆筒通过中间开孔的圆档板串联在一起，侧面安装于底板上，两个大圆筒内部均安装一个大活塞，圆档板两侧形成两个可变容积的空腔，通过调整活塞位置来控制空腔容积的大小，在其中一个大活塞中嵌入一个小活塞，小活塞一端伸入空腔中，另一端与电磁激振器激振头相连，采用功率放大器控制电磁激振器对小活塞进行激振，使空腔中的空气压力产生外压脉动，通过孔对另一个空腔中的空气施加动态压力从而产生内压脉动，采用压差传感器对两个空腔中的气体压力进行同步测量，得到指定动态外压作用下内压的动态变化规律，可以开展参数对比试验。本发明适用于开展内压脉动机理的试验研究。

说明书

技术领域

本发明涉及结构风工程技术领域的试验装置，尤其是涉及一种内压脉动机理研究的多功能试验装置。

背景技术

我国是风灾频发的国家，近些年来受风灾影响造成大量房屋倒塌和人员伤亡。调查表明，台风作用下房屋墙面开孔造成内压骤然增大是造成房屋破坏的关键原因，当墙面开孔时在外界高气压作用下气流贯入房屋内部使内部空气压缩，内部气压增大后气流又从孔口涌出，如此往复形成一个非线性动力系统，可见对风致房屋内部压力脉动的非线性动力学机理的研究是低矮房屋抗风灾设计的基础。国外学者Holmes对风致房屋内压的动力学机理进行了理论和试验研究，并借鉴赫姆霍兹共振理论提出了内压响应的非线性方程，为深入研究内压脉动机理奠定了基础，遗憾的是Holmes所提出的非线性方程不能完全描述内压脉动的复杂性，尽管此后不少学者提出了修正的方程，但至今仍未形成共识，特别是方程中的经验系数取值问题更是长期困扰着风工程界。产生这一现状的原因是目前还没有专门针对内压脉动机理的试验研究装置，无法对影响内压脉动的内部容积、开孔特征和外部压力动力特性等因素进行系统研究。

发明内容

为了填补国内外关于内压脉动机理系统试验研究的空白，本发明的目的在于提供一种内压脉动机理研究的多功能试验装置，使其能够模拟多种内部容积、多种开孔特征和多种外部压力特性情形下并对内压和外压的时程进行测定，从而为开展内压脉动机理的研究提供依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

两个截面外径相同、壁厚相同的大圆筒通过中间开有大方孔的圆档板串联成一体，两个大圆筒侧面分别安装在弧形支座上，弧形支座底座安装在底板上，第一个大圆筒内部安装第一个大活塞，方杆的一端与第一大活塞垂直连接，另一端安装在固定于底板的第一塔形支座上，第一大活塞与圆档板间形成空腔，第二个大圆筒内部安装第二个大活塞，方板的一端与第二个大活塞垂直连接，另一端安装在固定于底板的第二塔形支座上，第二个大活塞与圆档板间形成空腔，第二个大活塞沿大活塞滑动方向开设圆柱形的孔，一个外径与孔直径相同且长度大于第二个大活塞长度的小圆筒嵌入孔中，小圆筒中安装长度大于小圆筒的小活塞，小活塞一端伸入空腔中，另一端与安装在方板上的电磁激振器的激振头相连，电磁激振器与功率放大器连接，第一大圆筒的空腔通过第一空心管与第一压差传感器的一个测压孔连接，第二大圆筒的空腔通过第二空心管与第二压差传感器一个测压孔连接，两个压差传感器的另一个测压孔间串联连通同一个容器，容器上开有一个与大气连通的小孔，两个压差传感器分别与同一个信号采集仪连接。

所述的方杆上开有腰形槽用螺栓将腰形槽与第一塔形支座相连；所述的方板上分别开有腰形槽，分别用螺栓将各自的腰形槽与第二塔形支座相连。

所述的圆档板中间的大方孔周围设有连接孔。

所述的圆档板两侧与两个大圆筒连接处设有密封圈，所述的第二个大活塞与小圆筒连接处设有密封圈。

本发明具有的有益效果是：

本发明利用可控的活塞机械运动改变空气体积来制造确定性的动态压力，对具有可变内部容积和可变开孔特征的容器进行激励，通过测定外部激励压力和内部响应压力的特性来研究内压脉动机理。该装置能将影响内压脉动的复杂因素进行分离，适用于进行内压脉动机理的系统研究。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是图1的A-A俯视图。

图3是图1的B-B剖视图。

图4是图1的C-C左视图。

图5是图1的D-D右视图。

图中：1、大圆筒，2、弧形支座，3、底板，4、圆档板，5、大方孔，6、大活塞，7、方杆，8、塔形支座，9、空腔，10、大活塞，11、方板，12、塔形支座，13、空腔，14、孔，15、小圆筒，16、小活塞，17、电磁激振器，18、功率放大器，19、容器，20、空心管，21、压差传感器，22、信号采集仪，23、腰形槽，24、螺栓，25、连接孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图5所示，两个截面外径相同、壁厚相同的大圆筒1通过中间开有大方孔5的圆档板4串联成一体，两个大圆筒1侧面分别安装在弧形支座2上，弧形支座2底座安装在底板3上，第一个大圆筒1内部安装第一个大活塞6，方杆7的一端与第一大活塞6垂直连接，另一端安装在固定于底板3的第一塔形支座8上，第一大活塞6与圆档板4间形成空腔9，第二个大圆筒1内部安装第二个大活塞10，方板11的一端与第二个大活塞10垂直连接，另一端安装在固定于底板3的第二塔形支座12上，第二个大活塞10与圆档板4间形成空腔13，第二个大活塞10沿大活塞滑动方向开设圆柱形的孔14，一个外径与孔14直径相同且长度大于第二个大活塞10长度的小圆筒15嵌入孔14中，小圆筒15中安装长度大于小圆筒15的小活塞16，小活塞16一端伸入空腔13中，另一端与安装在方板11上的电磁激振器17的激振头相连，电磁激振器17与功率放大器18连接，第一大圆筒1的空腔9通过第一空心管20与第一压差传感器21的一个测压孔连接，第二大圆筒1的空腔13通过第二空心管20与第二压差传感器21一个测压孔连接，两个压差传感器的另一个测压孔间串联连通同一个容器19，容器19上开有一个与大气连通的小孔，两个压差传感器分别与同一个信号采集仪22连接。

所述的方杆7上开有腰形槽23用螺栓24将腰形槽23与第一塔形支座8相连；所述的方板11上分别开有腰形槽23，分别用螺栓24将各自的腰形槽23与第二塔形支座8相连，通过改变螺栓24与腰形槽23的连接位置来调节两个空腔9、13的容积。

所述的圆档板4中间的大方孔5周围设有连接孔25，可以用开有不同形状、大小和深度孔的方板覆盖在大方孔5上用来模拟不同的孔。

所述的圆档板4两侧与两个大圆筒1连接处设有密封圈，所述的第二个大活塞10与小圆筒15连接处设有密封圈，用来保证两个空腔9、13的密闭性。

本发明的工作原理如下：

现以带圆孔的容器在正弦式外压作用下内压响应试验为例来说明本试验装置的使用方法。

如图1-图5所示，将带有圆孔的方板通过连接孔25安装于圆档板4上，然后将圆档板4置于两个大圆筒1之间通过密封圈与两个大圆筒1紧密连接，同时将两个大圆筒1固定于底板3，调节方杆7和方板11的水平位置使空腔9和空腔13的容积达到设定的要求，根据要求设定YE5872A型功率放大器18的参数以确定JZK-10电磁激振器17的激振幅度和激振频率，通过功率放大器18对JZK-10电磁激振器17发送激振信号，使JZK-10电磁激振器17对小活塞16施加指定波形的荷载，推动小活塞16运动，从而改变空腔13的内部容积使空腔13内部产生指定波形的动态压力，将带小孔的容器19置于静态大气中，将一个CYG200压差传感器21的两个测压孔分别连通空腔9与容器19，将另一个CYG200压差传感器21的两个测压孔分别连通空腔13与容器19，利用NI USB6251型信号采集仪22同步采集空腔9与容器19内部的动态压力差以及空腔13与容器19内部的动态压力差，得到带圆孔容器在指定正弦式外压作用下内压的响应时程数据经处理后最终用于内压脉动机理的研究。

上述具体实施方式用来说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和变更，都落入本发明的保护范围。