CN110455489A - 一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，包括弹性悬挂节段模型试验装置部分、压敏漆技术部分和同步振动装置部分。所述弹性悬挂节段模型试验装置部分包括试验模型、悬挂连接杆、悬挂弹簧和测力装置；所述压敏漆技术部分包括计算机、CCD相机、过滤器、发光源和压敏漆；所述同步振动装置部分包括相机脚架、脚架固定架和相机快装板。本发明通过同步振动装置实现压敏漆技术中CCD相机和弹性悬挂节段模型中试验装置的试验模型的同步振动，实现了CCD相机和试验模型的相对静止，也就使压敏漆技术应用在了振动模型上。

Description

一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置

技术领域

本发明属于精确测量技术领域，特别涉及一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置。

背景技术

在桥梁建设领域中，大型桥梁的设计与验算都需要在风洞中对其测试模型表面的压力进行测量，以便进一步检测其在自然环境下的抗风性能，从而对桥梁的设计进行优化处理。在风洞试验中，测压和测振都是常用的研究手段。目前测振的手段已经较为成熟，一般采用刚性或弹性悬挂节段模型试验的方法来测得。而测压方法是在测试模型表面凿出很多测量孔，并把测压力管埋设在测量孔中，从风洞中传出的压力信号通过空气流通的通道和电缆传送到风洞外的计算机，从而进行数据分析和处理。由于凿的测量孔是不连续的，并且都有一定大小和间距，因此传统的测试压力方法只能测量到若干个离散点的表面压力，且模型角隅处布点不方便。而此处是流动分离和再附较为复杂的区域，应是测压的重点。但目前常用的测压手段并不能有效地测得这些区域的表面风压。

发明内容

发明目的：针对上述缺陷，本发明提供一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，利用压敏漆技术测量桥梁振动模型表面风压的试验装置，可实现风洞试验中风压和振动的同步测量。

技术方案：本发明提出种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，包括

一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，包括风洞实验室、弹性悬挂节段模型试验装置、压敏漆装置和同步振动装置；所述压敏漆装置和同步振动装置均设置在弹性悬挂节段模型试验装置上；所述述弹性悬挂节段模型试验装置包括试验模型、悬挂连接杆、悬挂弹簧和测力装置；所述压敏漆装置包括计算机、CCD相机、过滤器、发光源和压敏漆；所述同步振动装置包括相机脚架、脚架固定夹和相机快装板；所述实验模型表面涂有压敏漆，所述实验模型两侧分别设置有悬挂连接杆，所述悬挂连接杆上设置有悬挂弹簧，所述悬挂弹簧末端设置有测力装置，所述悬挂连接杆中部设置有相机脚架，所述相机脚架末端设置有CCD相机，所述风洞实验室内壁上设置有发光光源，所述计算机与CCD相机电连接。

进一步的，所述相机脚架通过脚架固定夹与悬挂连接杆连接。

进一步的，所述相机脚架末端通过相机快装板与CCD相机连接，所述CCD相机上设置有过滤器。

进一步的，所述相机脚架包括上相机脚架和下相机脚架，所述CCD相机包括上CCD相机和下CCD相机，所述上相机脚架和下相机脚架相对于悬挂连接杆对称设置，所述上CCD相机和下CCD相机相对于悬挂连接杆对称设置。

进一步的，所述每根悬挂连接杆的两端对称设置有上下两个悬挂弹簧，所述每个弹簧的末端均设置有测力装置。

进一步的，所述脚架固定夹与悬挂连接杆之间设置有橡胶垫片。

进一步的，所述发光光源包括上发光光源和下发光光源，所述上发光光源设置在风洞实验室顶部，所述下发光光源设置在风洞实验室底部。

进一步的，所述相机脚架由碳纤维材料制成，单根重量为0.8-1.5kg，直径为30mm，距离实验模型40-80cm。

进一步的，所述同步振动装置由碳纤维材料制成，总重量为3-6kg。

为了弥补传统测压手段的不足，可以采用压敏漆技术。压敏漆技术是一种新型的、非接触式的、不破坏测试模型的风洞测试压力方法。压敏漆由发光探针分子和透氧性能较高的基质材料组成的功能材料。其测试方法为：在测试模型表面喷涂制备好的压敏漆，借助光学检测***，用特殊的CCD相机采集测试数据，相机记录相关试验图像数据后，先将图像保存到其内置的储存卡中，再由计算机读取储存卡内部数据，图像经计算机处理后就获得一幅覆盖压力的完整分布图。

测压和测振作为风洞试验中常用的手段，若能将两者同步进行可以获得更全面的信息。由于压敏漆技术需要将采集到的图像进行拼合以获得表面风压的变化，若模型本身是在振动的，就需要额外地从拍摄到的图像中处理模型的位置信息，这样会大大降低试验效率，且会影响试验精度和结果。所以该技术虽能测得完整的压力分布图，却不能很好地应用在振动模型上。因此，需要一种相关试验的辅助装置，实现风压和振动的同步测量。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

1.实现风洞试验中节段振动模型全表面的风压测量，得到完整、准确的测试元件表面压力图；

2.简化风洞试验，省去振动物体图像处理的步骤，提高试验效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为图1中脚架固定夹的三维图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1-5所示，一种基于压敏漆技术测量节段振动模型表面风压的风洞试验装置，包括试验模型1、上相机脚架2、下相机脚架3、脚架固定夹4、相机快装板5、上CCD相机6、下CCD相机7、过滤器8、上发光光源9、下发光光源10、悬挂连接杆11、悬挂弹簧12、风洞实验室13、橡胶垫片14、计算机15；

所述试验模型1悬挂在连接杆11上，受悬挂弹簧12控制可进行竖向振动和扭转振动。悬挂弹簧12端部有测力装置，可以通过测力来计算试验模型1的振动状态；试验模型1上需按照试验要求涂满压敏漆，在光源下能够产生特定的荧光，通过CCD相机采集到试验模型1的影像，并经相机内置的储存卡传输到计算机15中进行处理，完成风压和振动的同步测量；

所述上相机脚架2、下相机脚架3通过脚架固定夹4固定在悬挂连接杆11上，并通过相机快装板5固定CCD相机，实现相机和试验模型1的同步振动；

所述脚架固定夹4位于相机脚架的底端，其作用是将相机脚架固定在悬挂连接杆11上；

所述相机快装板5是CCD相机和脚架间的连接装置，可实现CCD相机的快速安装和拆卸，并保证相机在脚架上的稳定；

所述上CCD相机6、下CCD相机7各有2个，通过相机快装板5分别连接在上相机脚架2和下相机脚架3上。上、下CCD相机分别位于试验模型1的上方和下方，用于拍摄模型的上表面和下表面，并将图像数据传输到计算机15中进行处理，有利于形成完整的表面压力图；

所述过滤器8位于上CCD相机6和下CCD相机7镜头前，共有4个。其作用是过滤压敏漆荧光以外的光，防止其他光源影响风压测试；

所述上发光光源9和下发光光源10分别位于风洞实验室13的顶部和底部，用于照亮试验模型1的上部和下部。其作用是发出压敏漆试验所必要的光，并让压敏漆返回特定的荧光。根据压敏漆的种类需选用不同类型的光源；

所述悬挂连接杆11共有两组，分别位于试验模型1的两侧；所述悬挂弹簧12共有8根，试验模型1两端每侧4根。弹簧端部的测力装置可以记录试验模型1的受力变化；

所述风洞实验室13是风洞试验进行的场所，本专利中所提及的所有装置都需在风洞实验室13内进行试验；

所述橡胶垫片14位于脚架固定夹4和悬挂连接杆11之间，其目的是增加脚架固定架4和悬挂连接杆11之间的摩擦，防止相机脚架在试验过程中因随试验模型振动而发生滑移。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，包括风洞实验室、弹性悬挂节段模型试验装置、压敏漆装置和同步振动装置；所述压敏漆装置和同步振动装置均设置在弹性悬挂节段模型试验装置上；所述述弹性悬挂节段模型试验装置包括试验模型、悬挂连接杆、悬挂弹簧和测力装置；所述压敏漆装置包括计算机、CCD相机、过滤器、发光源和压敏漆；所述同步振动装置包括相机脚架、脚架固定夹和相机快装板；所述实验模型表面涂有压敏漆，所述实验模型两侧分别设置有悬挂连接杆，所述悬挂连接杆上设置有悬挂弹簧，所述悬挂弹簧末端设置有测力装置，所述悬挂连接杆中部设置有相机脚架，所述相机脚架末端设置有CCD相机，所述风洞实验室内壁上设置有发光光源，所述计算机与CCD相机电连接。

2.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述相机脚架通过脚架固定夹与悬挂连接杆连接。

3.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述相机脚架末端通过相机快装板与CCD相机连接，所述CCD相机上设置有过滤器。

4.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述相机脚架包括上相机脚架和下相机脚架，所述CCD相机包括上CCD相机和下CCD相机，所述上相机脚架和下相机脚架相对于悬挂连接杆对称设置，所述上CCD相机和下CCD相机相对于悬挂连接杆对称设置。

5.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述每根悬挂连接杆的两端对称设置有上下两个悬挂弹簧，所述每个弹簧的末端均设置有测力装置。

6.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述脚架固定夹与悬挂连接杆之间设置有橡胶垫片。

7.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述发光光源包括上发光光源和下发光光源，所述上发光光源设置在风洞实验室顶部，所述下发光光源设置在风洞实验室底部。

8.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述相机脚架由碳纤维材料制成，单根重量为0.8-1.5kg，直径为30mm，距离实验模型40-80cm。

9.根据权利要求1所述的一种测量桥梁节段振动模型表面风压的风洞试验装置，其特征在于，所述同步振动装置由碳纤维材料制成，总重量为3-6kg。