[发明专利]用于高柔结构风洞试验的连续壳体气弹模型的制造方法

说明书

本发明公开了用于高柔结构风洞试验的连续壳体气弹模型的制造方法，该方法包括定位、开模、灌胶以及拆模四个步骤，最终制成连续壳体气弹模型。本发明制造的连续壳体气弹模型通用性强，能模拟不同建筑外形和不同结构形式的高柔结构，该方法操作简单，定位、开模、灌胶、拆模的方法简单易行，精确度高，模型一次成型，避免了手工操作的误差，制作周期短、造价低。

技术领域

本发明涉及风洞试验的气弹模型技术领域，具体为用于高柔结构风洞试验的连续壳体气弹模型的制造方法。

背景技术

对于风致振动较为显著的高柔结构，通常要进行风洞试验来确定其风致响应和等效风荷载。目前，高柔结构的风洞试验方式通常有高频测力天平、刚性测压模型、强迫振动模型、气弹模型等。其中，气弹模型被认为是最为精确的试验方式。目前气弹模型分为单自由度、多自由度和连续气弹模型三种，其中又以连续气弹模型的精确度最高。从高柔结构气弹模型的既有制作方法来看，不同研究者的制作方法差别较大，这些方法没有兼顾模型制作的简便性和制作结果的精确性，且通用性较差。

a.在模型制作的精确性方面，现有制作方式多为单自由度和多自由度气弹模型。其中，单自由度模型多采用弹簧和质量块模拟结构，多自由度一般采用空间桁梁或网状骨架模拟结构的质量和刚度，由于只是节段模型和等效模型，达不到较高的精确性，会直接影响风洞试验测得的风致响应，对用于结构设计的等效风荷载可能产生较大误差。

b.在模型制作的简便性方面，现有连续气弹模型的制作方式周期长、造价高。其中，多数模型利用数控机床制作金属内模，再将胶剂手工贴涂于内模上，用铣床来切削打磨直至实现预定壁厚，最后再拆内模。这种制作方法存在三个显著的问题，一是金属内模 的制作造价高、周期长，二是拆内模十分困难，铣床加工完成后须沿竖向划开筒壁拆模，然后对模型筒壁接口进行融固，三是模型并非一次成型，接口处对手工操作依赖性较大，模型精度难以控制。

c.在模型制作的通用性方面，现有制作方式囿于铣床等既有机械设计加工工艺的限制，这种制作方法只适用于圆截面结构，不具通用性。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供用于高柔结构风洞试验的连续壳体气弹模型的制造方法，提供一种精度高能够较好地模拟结构动力特性和风致振动现象的连续壳体气弹模型以适应不同建筑外形和不同结构形式的高柔结构风洞的模拟实验。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供用于高柔结构风洞试验的连续壳体气弹模型的制造方法，该方法包括如下步骤：

S1：定位；首先在一个定位底板的中心位置处固定一个铝质的定位螺杆，并在定位螺杆上螺纹套接若干个均匀分布的定位横隔；

S2：开模；其中开模包括内模 的制作和灌注外模的制作；所述内模 由石膏制成，所述灌注外模由有机玻璃制成；

在所述内模制作时，先利用机械设备雕刻出控制石膏尺寸的有机玻璃辅助外模，所述辅助外模由两个半模 对合而成，再借助定位底板将套有定位横隔的铝质的定位螺杆置于所述辅助外模内筒的中心位置，然后灌注石膏浆液，待石膏浆液固化后拆掉所述辅助外模，即形成所述内模 ；

将拆掉后的辅助外模继续雕刻，制成所述灌注外模，通过定位底板和定位螺杆控制内模 与灌注外模的缝隙间距，使该间距与气弹模型的设计壁厚相等；

S3：灌胶；在内模 与灌注外模之间的缝隙内灌注DEVCON-10210胶剂，灌胶采用分层灌注的方式，将其中一个半模 加工后形成的灌注外模等距分割成若干个段，每段的高度设置在30cm以内，由下至上分层灌注DEVCON-10210 胶剂，DEVCON-10210胶剂固化时间为48小时；

S4：拆模；待S3中的DEVCON-10210胶剂固化完成后，用敲击或冲钻的方式破碎石膏内模，然后再拆除灌注外模即形成连续壳体气弹模型。