Устройство для исследования аэроупругости высоких строительных сооружений Советский патент 1981 года по МПК G01M9/00 

(54) УСТРОЙС ВО /ЩЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОУПРУГОСТИ, ВЫССЯКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

t

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при испытаниях моде лей высоких сооружений (типа телебашен, маяков, дымовых труб и т.п.) в.потоке воздуха, когда вектор скорости потока перпендикулярен вертикальной оси сооружения.

Известно устройство для исследования устойчивости и прочности крупноразмерных конструкций - связки плотов, которое содержит геометршчески поденную натурному изделию модель и рычаг, приводящий в движение модель путем вращения его вокруг оси в бассейне с водой DJ.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает моделирование натурных аэроупругих колебаний высоких строительных сооружений по числам Рейнольдса (Яе), Коши (Са), Струхапя ( Sli ), числу гомохропности (Г) и декреминату ( с) затухания колебаний в материале модели.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является устройство для исследования аэроупругих высоких строительных сооружений, содержащее помешенную в поток аэродинамической установки геометрически подобную нйтурному сооружению- (основную) модель, которая выполнена в виде прямого пилинд- ра с изменяемой формой в плане Г2.

Устройство позволяет исследовать аэроtoупругие колебания строительной конструкции в потоке воздуха в зависимости от заданной формы его модели.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает модеяя15рование пб числам Рейнольдса, Коши, Струхаля, гомохронности и декременту затухания, особенно при испытаниях особо высоких строительных сооружений высотою, ЗОО М и выше.

20

При испытаниях такого рдда сооружений в аэродинамических установках модели составляют мене 0,О1 размера натурного объекта, .что привод1гг к невоспроизведению HHepyHOHHbix (массовых) и жесткостных характеристик строительной конструкции и искажению законов их аэроупругих колебаний в потоке. Цель изобретения - обеспечение моделирования инерционных и жесткостных характеристик при колебанияхсооружения в потоке на моделях масштаба 0,01 и менее, а также обеспечение моделирования плоских форм иэгибных колебаний сооружений и устранение влияния немоделируемых аэроупругих нагрузок.. Поставленная цель -достигается тем, что устройство для исследования аэроупругости высоких строительных сооружеНИИ, содержащее помещенную в поток установки геометрически подобную натурному сооружению основную модель, снабжено дополнительной моделью, размещенной вне потока и равной по высоте основной модели и соединенной с ней системой тяг, снабженных шарнирами в местах их заделки в моделях, при этом формы поперечных сечений дополнительной мо дели подобны в каждом сечении формам исследуемого сооружения. Кроме того, дополнительная модель размеи(ена внутри обтекателя, в котором выполнены окна для системы тяг. Модели снабжены системой маятниковой подвески, выполненной в виде траверс и щарнйрно связанных с ними и моделями параллель5П|1х стержней. На фиг, 1 дана схема устройства, вид в плане; на фиг. 2 - схема выполнения системы маятниковой подвески моделей; на фкг. 3 - пример размещения устройства в аэродинамической установке; на . фиг, 4 - сечение А-А на фиг. 3. Устройство состоит из двух моделейосновной 1 и дополнительной 21. Основная модель 1 размещена в потоке воздуха с вектором скорости (н.п.) 3, а дополнительная модель 2 - в обтекателе 4 выполненном, например, разъемным ( в ввде отдельных частей). Модели 1 и 2 объединены в единую механическую систе му с помощью жестких тяг 5 и шарниров 6. Шарниры 6 установлены в окнах 7 моделей 1 и 2. Тяги 5 пропущены через окна 8 в обтекателе 4. Основания мо делей 1 и 2 и обтекателя 4 заделаны в плите 9. Посредством ряда трмверс lO-f, 10/1, 10..,, связанных со стержнями 11 ll-J шарнирами 12, 3.2, 12,j... модели 1 и 2 подвешены как на маятн ках, что обеспечивает их колебания в пло скости, нормальной направлению потока 3 (н.п.), и разгружает от действия лобовых сил (фиг. 2). Плита 9 совместно с моделями 1 и 2, обтекателем 4 и системами тяг 5 и маятниковой подвески 10, 11 и 12 размешается внутри аэродинамической установки, например роторной трубы. Труба: выполнена в видд, например, газогольдера 13 высокого (фиг. 3 и 4), в котором размещена осесимметрично ему цилинцрическая оболочка 14, приводимая во вращение приводом 15. Плита 9 закрепляется в газогольдере 13 так, чтобы ось обтекателя 4 совпадала с осью вращения цилиндрической оболочки 14. Шарниры 6 и 12 для обеспечения в них минимального трения выполнены, например, упругими. Основания 1 и дополнительная 2 модели изготовлены из материала-с декрементом затуулния колебаний в нем, равным декременту затухания колебаний в материале натурного сооружения. Внещние « внутре1шие обёоды, в поперечных сечениях дополнительной модели 2 шлполнены топологически подобными натурным сечениям исследуемого сооружения, т.е. выполнены в двух различных масштабах изменения длин. Так, например, для натурной дымовой трубы масштабы изменения радиусов в поперечных сеченияхдополнительной модели 2 задаются следующими соотношениями где R и г, -внешний и внутренний радиусы дополнительной модели 2 на высоте и О; -внешние радиусы натурной трубы на высотах fl т О и Н О- соответственно; .o г гасштаб изменения длин основной модели 1; Ч, - функции высоты fl О дополнительной модели 2 )PN-«4i - -54 . М р1, г €-ii-:.i eafSaaSfepHaH погонная мас- совая плотность в поперечном сечении натурной трубы на высоте Н t О:, ЕЗкчн ErL р:- безразмерная жесткость н изгиб в поперечном сечени натурной трубы на высоте И О относительно оси XX - безразмерный внешний радиу;с в поперечном сечении натурной на высоте Н 6Г 4{у Vo значения функций М и V на высоте И f О (а-, V -Й Яао) 0 10 ft ао о-«1о -((fl: Я,-Г.,„- толщина стенки трубы доQO иО J.„ полнитепьной модели 2 на высоте К О; «- fe° частное от деления внешне го радиуса в поперечном сечении дополнительной мо дели 2 к одноименному радиусу основной модели 1 н высоте Н О. Индексами здесь обозначены значения натуры, м-модели, 1-основной модели 2- дополнительной модели, О- поперечного сечения на высоте . Устройство работает следующим образом. В гаэогольдер 13 подается воздух под заданным давлением (д атм), создавая в полости между обтекателем 4 и оболочкой 14 необходимую для обеспечения подобия плотность. Оболочка 14 приводится во вращение с помощью двигателя 15, размещенного внутри (или вне) газого. ьдера 13, до запанной угловой скорости вращения и . Вследствие наличия сил грения создается поток в установ ке с заданной гшотносгью и скоростью дв жения. Основная модель 1, размещенная в потоке, нагружается аэродинамическими силами. Эти силы с помощью тяг 5 передаются на дополнительную модель- 2. Так jsaK дополнительная модель 2 более мас сивная и жесткая, чем основная 1, то она ограничивает ее колебания в потоке 3. Инерционные и упругие силы, обусловленные колебаниями дополнительной модели 2, через тяги 5 передаются на основную , модель 1, и тем самым обеспечивается сжязность колебаний обеих моделей. Благодаря наличию такой системы связи сил (аэродинамических, упругих и инерционных) совместные связные колебания обеих модел 1 И 2 подобны колебаниям натурного сооружения. При этом в испытаниях реализуются критерии подобия Re, Са, Г , о. Это обеспечивает динамическое подобие, а поэтому напряжения, амплитуды и частоты колебаний основной модели 1 будут подобными действительным, реализующимся на натурном сооружении. После выхода установки на заданную скорость потока измеряются упругие удлинения в точках основной модели 1. Относительные удлинения на внешних обводах натурного сооружения находятся по одноименным удлинениям в сходст6еннь1Х точках основной модели 1 на сходственных режимах испытаний. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить моделирование инерционных и жесткостных характеристик при колебаниях высоких сооружений в потоке воздуха на моделях любого масштаба, например масштаба 0,01 и менее, поскольку выбор попоперечных размеров дополнительной модели внутри обтекателя ничем не ограничен; определить по пересчету с модели на натуру амплитуды колебаний натурных сооружений в потоке воздуха вплоть до нагрузок при скорости урагана и выбрать размеры в поперечных сечениях нату эного сооружения, обеспечивающие на практике необходимые запасы прочности и устойчивости сооружения, что сокращает расходы материала на возведение этого сооружения. Формула изобретения 1. Устройство для исследования аэроупругости высоких строительных сооружений, содержащее помещенную в поток аэродинамической установки геометрически подобную натурному сооружению основную модель, отличающееся тем, что, с целью обеспечения моделирования инерционных и жесткостных характеристик при колебаниях сооружения в потоке на моделях масштаба 0,О1 и менее, устройство набжено дополнительной моделью, размещенной вне потока и равной по высоте основной модели и соединенной с ней систеой тяг, снабженных шарнирами в местах х заделки в моделях, при этом формы поеречных сечений дополнительной модели одобны в каждом сечении формам исслеуемого сооружения. 2. Устройство по п. 1 отличаюееся тем, что дополнительная модель 786 размешена внутри обтекателя, в котором выполнены окна для системы тяг. 3. Устройство поп. 1,отлича ю ш е е с я тем, что, с целью обеспечения мЬдешфования плоских форм изгибных колебаний сооружений и уст| аяения влия ния немоделируемых аэроупругих нагрузок, модели снабжены системой маятвиковой подвески, выполненной в виде tpaeepc и 0 шарнирно связанных с ними и с моделями параллельных стержней. Источники инфор а11ии, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 561102, кл. Q 01 М 10/00, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 553511, кл. q 01 М 9/00, 1974 (прототип). 10it &p 100aa№t

////////// // // У /У / Фиг. 4

0

/