[发明专利]一种三自由度大振幅自由振动风洞试验装置

权利要求书

1.一种三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，桥梁三自由度耦合大振幅自由振动风洞试验装置包括刚性试验模型(1)、刚性圆杆(2)、刚性吊臂(3)、带有凹槽的圆弧块(4)、第一轻质高强细绳(5)、第一线性拉伸弹簧(6)、第一定滑轮(7)、第二轻质高强细绳(8)、第二线性拉伸弹簧(9)、第二定滑轮(10)和轴承(11)；刚性试验模型(1)两端固结刚性圆杆(2)，刚性圆杆(2)垂直穿过刚性吊臂(3)的中心并与其固定，且保证刚性试验模型(1)扭转中心线与刚性圆杆(2)轴线、刚性吊臂(3)中心线共线；两带有凹槽的圆弧块(4)分别固定在刚性吊臂(3)的两端，两带有凹槽的圆弧块(4)所形成的圆心为刚性吊臂(3)的中心；第一轻质高强细绳(5)对称地绕过带有凹槽的圆弧块(4)，第一轻质高强细绳(5)上端与第一线性拉伸弹簧(6)下端连接，第一轻质高强细绳(5)下端与带有凹槽的圆弧块(4)底部固定，保证三自由度大振幅自由振动过程中第一轻质高强细绳(5)与带有凹槽的圆弧块(4)仅发生相对滚动，以及该装置的安全性；第一轻质高强细绳(5)穿过第一定滑轮(7)，保证刚性试验模型(1)在发生侧向振动时，第一线性拉伸弹簧(6)始终保持竖直状态而不发生侧向倾斜；第二轻质高强细绳(8)上端与第二线性拉伸弹簧(9)下端连接，第二轻质高强细绳(8)绕过第二定滑轮(10)，下端与套在刚性圆杆(2)上的轴承(11)连接，轴承(11)绕刚性圆杆(2)自由旋转，摩擦尽可能小，保证刚性试验模型(1)在侧向振动过程中，第二拉伸弹簧(10)仅发生竖向伸缩变形，满足侧向刚度线性条件。

2.根据权利要求1所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，所述的刚性吊臂(3)的长度及带有凹槽的圆弧块(4)的直径根据刚性试验模型(1)的质量、质量惯矩及扭转频率与竖弯频率的比值确定，控制在0.2m-1.5m范围内。

3.根据权利要求1或2所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，第一定滑轮(7)和第二定滑轮(10)分别与第一轻质高强细绳(5)和第二轻质高强细绳(8)的摩擦系数尽可能小，保证发生三自由度耦合振动时，系统阻尼比尽可能小；同时，限制第一轻质高强细绳(5)的两个第一定滑轮(7)在不影响转动的条件下，距离尽可能小，即第一轻质高强细绳(5)侧向移动的空间尽可能小，确保第一定滑轮(7)以上的第一轻质高强细绳(5)尽可能保持竖直状态，使得第一线性拉伸弹簧(6)仅有竖向伸缩变形。

4.根据权利要求1或2所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，所述的第二轻质高强细绳(8)始终处于拉紧状态，保证第二线性拉伸弹簧(9)始终处于线性弹性状态。

5.根据权利要求3所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，所述的第二轻质高强细绳(8)始终处于拉紧状态，保证第二线性拉伸弹簧(9)始终处于线性弹性状态。

6.根据权利要求1、2或5所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，所述的第一定滑轮(7)与刚性吊臂(3)要有足够长的竖向距离，第二定滑轮(10)与轴承(11)要有足够长的水平距离，由此尽可能降低竖向和侧向振动分别对侧向和竖向刚度的影响。

7.根据权利要求3所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，所述的第一定滑轮(7)与刚性吊臂(3)要有足够长的竖向距离，第二定滑轮(10)与轴承(11)要有足够长的水平距离，由此尽可能降低竖向和侧向振动分别对侧向和竖向刚度的影响。

8.根据权利要求4所述的三自由度大振幅自由振动风洞试验装置，其特征在于，所述的第一定滑轮(7)与刚性吊臂(3)要有足够长的竖向距离，第二定滑轮(10)与轴承(11)要有足够长的水平距离，由此尽可能降低竖向和侧向振动分别对侧向和竖向刚度的影响。