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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112161774A(43)申请公布日2021.01.01(21)申请号202011210039.8(22)申请日2020.11.03(71)申请人长安大学地址710064陕西省西安市雁塔区二环南路中段126号(72)发明人高广中姚博李加武白桦严庆辰韦立博(74)专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务所61216代理人李郑建(51)Int.Cl.G01M9/04(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图7页(54)发明名称一种大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置(57)摘要本发明公开了一种大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置,包括水平板弹簧、竖向板弹簧、轴承、刚性吊臂、线性拉伸弹簧、转动铰、竖向支撑杆、风洞α转动机构、连接杆、刚性试验模型及其连接件。可解决传统弹簧悬挂振动系统在大风攻角下振动形态“失真”的问题,也可避免传统悬挂系统在大振幅扭转振动过程的竖向/侧向拉伸弹簧倾斜所导致的强烈结构非线性问题。实现了三自由度支撑系统在结构上解耦,在大振幅振动过程中仍可保证良好的线性刚度和稳定的振动频率,而且采用板弹簧支撑,避免了在大攻角下模型重力造成的弹簧倾斜,满足大风攻角下振动测试的需求,使得大风攻角下钝体柔性构件三自由度振动测试成为可能。CN112161774ACN112161774A权利要求书1/1页1.一种大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置,包括水平板弹簧(1)、竖向板弹簧(2)、轴承(3)、刚性吊臂(4)、线性拉伸弹簧(5)、转动铰(6)、竖向支撑杆(7)、风洞α转动机构(8)、连接杆(9)、刚性试验模型(10)、连接件(11)和螺栓(12);其特征在于,所述水平板弹簧(1)端部通过螺栓(12)与竖向支撑杆(7)固结,水平板弹簧(1)的自由端通过转动铰(6)与竖向板弹簧()2相连,水平板弹簧(1)和竖向板弹簧(2)的长度可以在连接件(11)处进行调整,上下两根水平板弹簧(1)形成竖向弹性支撑系统,两片竖向板弹簧(2)形成横向弹性支撑系统;轴承(3)垂直穿过两片竖向板弹簧(2)的中心并与其固定,轴承(3)的内圈与连接杆(9)固定,刚性试验模型(10)两端分别与连接杆(9)固结,以保证模型在扭转运动时连接杆(9)在轴承(3)处自由转动,不会引起水平板弹簧(1)和竖向板弹簧(2)的扭转;刚性吊臂(4)在其中心处与连接杆(9)固结,以确保刚性吊臂(4)与试验模型(10)同步扭转运动,四根线性拉伸弹簧(5)对称布置于刚性吊臂(4)的两端,且保证线性拉伸弹簧(5)在刚性吊臂(4)上的偏心距等于竖向板弹簧(2)长度的一半,即线性拉伸弹簧(5)的倾斜角约为45°,刚性吊臂(4)与四根线性拉伸弹簧(5)形成扭转支撑系统;竖向支撑杆(7)固定于风洞α转动机构(8)的圆环上,调节风洞α转动机构(8)可将上述风洞装置转动至特定风攻角姿态。2.如权利要求1所述的大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置,其特征在于,根据振动测试的需要,所述水平板弹簧(1)在竖向支撑杆(7)上的支撑方式构成悬臂型装置和简支型装置两种,其中,悬臂型装置适用于竖向振幅大、模型质量较轻的测试工况;简支型装置适用于竖向振幅较小、模型质量大的测试工况;悬臂型装置和简支型装置的竖向板弹簧(2)和扭转弹簧(5)的布置方式完全相同,具体布置方式可根据实际测试需求进行选择。3.如权利要求1所述的大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置,其特征在于,所述的水平板弹簧(1)和竖向板弹簧(2)的长度及断面尺寸,根据刚性试验模型(10)的设计目标质量、竖向和侧向频率确定。4.如权利要求1所述的大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置,其特征在于,所述的线性拉伸弹簧(5)的刚度系数及其在刚性吊臂(4)上的悬挂位置,根据刚性试验模型(10)的设计目标转动惯量和扭转频率确定。2CN112161774A说明书1/5页一种大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置技术领域[0001]本发明属于土木结构风洞试验技术领域,涉及风洞试验装置,具体涉及一种大风攻角下三自由度耦合振动的风洞实验装置。背景技术[0002]节段模型自由振动风洞实验是测量土木结构风致振动响应(颤振、涡振、驰振、抖振)的主要方法,也是识别各类钝体断面气动参数的一种重要的实验方法。土木工程结构中大量竖向布置的柔性构件(吊杆、桥塔等)、以及山区峡谷地区的水平柔性构件都需要测试在大风攻角下的风致振动特性。传统的节段模型三自由度耦合振动风洞实验装置,通过竖向弹簧和水平弹簧支撑节段模型,扭转刚度由竖向弹簧伸缩提供,仅适用于0°风攻角附近微小振幅的振动测试,而且该装置存在如下问题:[0003](1)模型侧向振动时,会造成竖向弹簧张拉端的侧向振动,竖向弹簧发生倾斜,