[发明专利]解耦三自由度桥梁节段模型强迫振动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种完全解耦的三自由度桥梁节段模型强迫振动系统，实现桥梁节段模型在横截面内的水平振动、铅直振动、扭摆振动以及以上三种强迫振动是自由组合振动，并且攻角可以调节。应用于桥梁节段模型在风洞流场中的振动特性及破坏机理研究。

背景技术

在风洞流场中，桥梁节段模型在强迫振动下的截面力学参数检测及分析研究，可以得到桥梁节段模型的气动导数，是研究桥梁振动破坏的重要手段。实现桥梁节段模型在风洞中的强迫振动存在解耦困难、跨距大、两侧振动系统同步性差、振动波形精度差等诸多技术难题。本发明从根本上解决了桥梁节段模型三自由度强迫振动的解耦问题，桥梁节段模型的水平振动、铅直振动和扭摆振动各自独立，可以实现不同频率、振幅以及初始相位的以上三种强迫振动的自由组合振动，共有7种不同形式的振动，并且攻角可以调节，两侧振动系统之间的跨距达到了4m，三种振动均通过伺服电机驱动实现，可以实现两侧振动的精确同步，同时，通过伺服电机可以实现振动波形的精确插补，振动波形非常接近标准的正弦曲线，完全可以满足大尺度桥梁节段模型的三自由度强迫振动实验需求。

发明内容

本发明针对桥梁节段模型在风场中的振动实验研究需求，提供一种完全解耦的三自由度强迫振动系统，实现大跨距下桥梁节段模型的水平振动、铅直振动、扭摆振动以及以上三种强迫振动是自由组合振动，并且攻角可以调节。

本发明采用如下技术特征：

全解耦三自由度桥梁节段模型强迫振动系统，包括外侧振动系统、内侧振动系统、模型支撑系统和检测系统，其特征在于：外侧振动系统和内侧振动系统对称布置在风洞两侧，模型支撑系统分别与外侧振动系统和内侧振动系统连接，模型支撑系统与检测系统连接，检测系统通过内、外模型连接板与桥梁节段模型连接，外侧振动系统和内侧振动系统在伺服电机的驱动下同步振动，实现桥梁节段模型的同步三自由度正弦振动。

本发明还具有如下特征：

1、所述的检测系统包括两个六维力传感器、位移传感器和检测/控制单元，两个六维力传感器、位移传感器分别与检测/控制单元电信号连接，位移传感器安装在桥梁节段模型上。

2、所述的模型支撑系统包括内开口固定套、内遮风板、内锁扣、内伸缩连接杆、内虎克铰链、外开口固定套、外遮风板、外锁扣、外伸缩连接杆、外虎克铰链和中间轴，内开口固定套与内侧振动系统的外伸轴固定连接；内遮风板套在内伸缩连接杆上并安装在内开口固定套与内侧振动系统的外伸轴的连接处，内伸缩连接杆能够在内开口固定套内沿轴向伸缩，调整好长度后由内锁扣锁紧；外开口固定套与外侧振动系统的外伸轴固连，外遮风板套在外伸缩连接杆上并安装在外开口固定套与外侧振动系统的外伸轴的连接处，外伸缩连接杆能够在外开口固定套内沿轴向伸缩，调整好长度后由外锁扣锁紧；中间轴的两端分别与内、外伸缩连接杆的一端固定连接；内、外模型连接板的一端分别与桥梁节段模型固定连接，内模型连接板的另外一端与第一六维力传感器固定连接；外模型连接板的另外一端与第二六维力传感器固定连接；内虎克铰链的一端与第一六维力传感器固定连接，内虎克铰链的另外一端与内伸缩连接杆的一端固定连接，外虎克铰链的一端与第二六维力传感器固定连接，外虎克铰链的另外一端与外伸缩连接杆的一端固定连接。