CN204440759U - 斜拉索参激振动演示实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开斜拉索参激振动演示实验装置，包括底台、固定支撑架、测力传感器和激振器，固定支撑架包括横梁、立柱、翼梁、加固支架、三角支架和定滑轮，横梁、立柱和翼梁相互垂直固定连接，加固支架固定在立柱与横梁和翼梁的连接处，三角支架固定在立柱的下部，定滑轮固定在立柱的上部；横梁和翼梁固定在底台上，横梁顶端伸出底台，且伸出底台的横梁上等间距的设置有通孔；测力传感器固定在固定支撑架的三角支架上；斜拉索穿过定滑轮，其一端与测力传感器的测力接头相连，另一端穿过横梁通孔与卡头相连；激振器设置在底台上，且其位于伸出底台的横梁的下面。本实用新型通过机械和动力系统，将参激振动理论直观演示出来，给人以感性认识。
Description
技术领域
本实用新型属于教学及科研演示和实验仪器，涉及非线性振动力学参激振动现象演示仪器和实验仪器,尤其涉及一种斜拉索参激振动演示仪和实验装置。
背景技术
参激振动亦称为参数振动(parametrically excited vibration)是除自由振动、受迫振动和自激振动以外的又一种振动形式。参数振动由外界的激励产生，但激励不是以外力形式施加于系统，而是通过振动系统内固有参数质量、刚度、阻尼的周期性改变间接地实现。这样导致系统的动力学方程为非线性方程。因此，参激振动与自激振动一样也属于非线性振动。关于非线性振动理论与线性振动理论相比有本质的区别，对于大多数工程技术人员和青年学生极少有非线性振动的感性认识。在实际的工作中斜拉索参激振动现象的概念比较抽象，难于理解，使人往往造成概念模糊不清。目前学生学习非线性振动课程时只停留学会一些研究方法，没有任何实验装置可供学生实习，不利于教学以及科研的开展。当前尚未有合适、直观的斜拉索参激振动现象演示的教学仪器，影响教学质量，延宕科研实践。为了满足教学、科研的需要，研制斜拉索参激振动演示仪很有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种斜拉索参激振动演示实验装置。将斜拉索参激振动现象用简单的机械和动力系统演示出来，克服斜拉索参激振动现象比较抽象、难于理解、往往使人造成概念模糊等问题，给人直观的感性认识、便于对斜拉索参激振动概念的理解，利于教学和科研。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
斜拉索参激振动演示实验装置，包括底台、斜拉索、固定支撑架、测力传感器和激振器，其中：
所述固定支撑架包括横梁、立柱、翼梁、三角支架和定滑轮，横梁和翼梁固定在底台上且两者在底台水平面内相互垂直，以使所述固定支撑架稳定固定在底台上，在斜拉索振动的情况下整个固定支撑架稳定在底台上，且不与底台发生脱离；横梁的顶端伸出底台，且在伸出底台的横梁上等间距的设置有通孔，优选圆形通孔；所述立柱设置在横梁和翼梁的垂直交汇处，且与底台水平面垂直，优选加固支架设置在立柱、横梁和翼梁的连接处，三角支架设置在立柱的中下部，定滑轮设置在立柱的中上部；
所述测力传感器固定设置在固定支撑架的三角支架上；斜拉索的一端穿过定滑轮后与测力传感器的测力接头相连，斜拉索的另一端穿过横梁的通孔后，与卡头相连，所述卡头与横梁相接触，以使整条斜拉索绷紧；激振器设置在底台上，且其位于伸出底台的横梁的下方，激振器动作端与横梁相接触；
在所述斜拉索上设置第一加速度传感器，所述第一加速度传感器与信号分析仪器相连，以测试拉索的面内振动；在沿通孔至定滑轮方向上，所述第一加速度传感器设置在斜拉索长度的三分之一到四分之一之间的位置，优选四分之一的位置。
在上述技术方案中，所述测力传感器的信号输出接口与测力仪相连，通过测力仪测量斜拉索的拉力。
在上述技术方案中，所述定滑轮采用V形定滑轮，可以防止斜拉索的侧滑导致的刚体运动。
在上述技术方案中，所述横梁伸出底台侧面300-400毫米，方便激振位置的布置；所述伸出底台的横梁上的圆形通孔直径为4-6mm；所述伸出底台的横梁上的圆形通孔的数量为5-8个，通过斜拉索穿过不同的圆形通孔并配合卡头将其卡紧，可以调整斜拉索的斜度和长度，从而改变斜拉索的固有频率。
在上述技术方案中，所述激振器为电动式激振器，激振器位于伸出底台的横梁的下面，电动式激振器动作端在工作时会上下运动并激振横梁的底面，通过对横梁底面的激励，使横梁伸出端做梁的弯曲振动，激振器动作端位于斜拉索穿过的通孔的外侧，两者的水平距离为30—50毫米。
在上述技术方案中，所述斜拉索的一端与测力传感器的测力接头采用螺母和垫圈进行固定连接，在螺母上錾出一个接近环形的沟槽使斜拉索通过，然后依靠螺母的螺纹力和垫圈来夹紧斜拉索。
在上述技术方案中，所述卡头设置在伸出底台的横梁2的下表面，卡头用于卡紧斜拉索，卡头和横梁的下表面之间依靠斜拉索的拉力紧贴在一起，这样通过在卡头和横梁的下表面之间添加垫片来增加斜拉索的张紧力，从而改变斜拉索的固有频率。
在上述技术方案中，所述第一加速度传感器通过铝片粘结在斜拉索上，即先将轻质铝片粘结在斜拉索上，再将第一加速度传感器粘结在铝片上。
在上述技术方案中，在斜拉索穿过的通孔处设置有第二加速度传感器(图中未标出)，第二加速度传感器与信号分析仪器相连，以测试斜拉索端点(即斜拉索穿过的圆形通孔处)的振动。
本实用新型使用方法如下：
(1)使用本实用新型演示参激振动现象：将第一加速度传感器通过铝片粘结在斜拉索上(即先将轻质铝片粘结在斜拉索上，再将第一加速度传感器粘结在铝片上)；将第二加速度传感器粘结在斜拉索穿过的圆形通孔处，并将第一加速度传感器和第二加速度传感器与信号分析仪器相连。开启电动式激振器，电动式激振器的动作端上下运动并激振横梁的底面，通过对横梁底面的激励，使横梁伸出端做梁的弯曲振动。第一加速度传感器测试斜拉索的面内振动；第二加速度传感器测试斜拉索端点(即斜拉索穿过的圆形通孔处)的振动。通过改变电动激振器的激振频率和激振力的大小，可以重现斜拉索的两阶面内振动，并得出不同振动频率、振动幅值激励条件下斜拉索位移响应的变化。
(2)使用本实用新型演示斜拉索张紧力、斜拉索斜度与斜拉索固有频率的关系：将第一加速度传感器通过铝片粘结在斜拉索上(即先将轻质铝片粘结在斜拉索上，再将第一加速度传感器粘结在铝片上)；将第二加速度传感器粘结在斜拉索穿过的圆形通孔处，并将第一加速度传感器和第二加速度传感器与信号分析仪器相连。将测力传感器的信号输出接口与测力仪相连。通过在卡头和横梁的下表面之间添加垫片来增加斜拉索的张紧力，从而改变斜拉索的固有频率；通过改变斜拉索穿过圆形通孔的位置来改变斜拉索的斜度和长度，从而改变斜拉索的固有频率。开启电动式激振器，电动式激振器的动作端上下运动并激振横梁的底面，通过对横梁底面的激励，使横梁伸出端做梁的弯曲振动。通过第一加速度传感器和第二加速度传感器可以测得斜拉索在不同斜度(即斜拉索穿过不同通孔)以及不同张紧力情况下的固有频率值。
本发明通过简单的机械结构和简单的动力系统，将抽象的参激振动理论直观的演示出来，克服参激振动理论比较抽象、概念难于理解、使人造成概念模糊的问题。由于参激振动演示仪给人以直观的感性认识，加强了对参激振动概念的理解，有利于教学和科学研究，填补了该项教学仪器的空白，既有经济效益又有社会效益。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型中的固定支撑架和测力传感器的结构示意图；
图3是图2中V处的局部发大图；
图4是本实用新型中伸出底台的横梁部分的俯视图。
其中1为激振器，1-1为激振器动作端，2为横梁，2-1为通孔，3为斜拉索，4为定滑轮，5为立柱，6为测力传感器，6-1为信号输出接口，6-2为测力接头，7为三角支架，8为加固支架，9为翼梁，10为底台，11为卡头，12为第一加速度传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
参见附图1—4，本实用新型的斜拉索参激振动演示实验装置，包括底台、斜拉索、固定支撑架、测力传感器和激振器，其中：
所述固定支撑架包括横梁、立柱、翼梁、三角支架和定滑轮，横梁和翼梁固定在底台上且两者在底台水平面内相互垂直，以使所述固定支撑架稳定固定在底台上，在斜拉索振动的情况下整个固定支撑架稳定在底台上，且不与底台发生脱离；横梁的顶端伸出底台，且在伸出底台的横梁上等间距的设置有通孔，优选圆形通孔；所述立柱设置在横梁和翼梁的垂直交汇处，且与底台水平面垂直，优选加固支架设置在立柱、横梁和翼梁的连接处，三角支架设置在立柱的中下部，定滑轮设置在立柱的中上部；
所述测力传感器固定设置在固定支撑架的三角支架上；斜拉索的一端穿过定滑轮后与测力传感器的测力接头相连，斜拉索的另一端穿过横梁的通孔后，与卡头相连，所述卡头与横梁相接触，以使整条斜拉索绷紧；激振器设置在底台上，且其位于伸出底台的横梁的下方，激振器动作端与横梁相接触；
在所述斜拉索上设置第一加速度传感器，所述第一加速度传感器与信号分析仪器相连，以测试拉索的面内振动；在沿通孔至定滑轮方向上，所述第一加速度传感器设置在斜拉索长度的三分之一到四分之一之间的位置，优选四分之一的位置。
在上述技术方案中，所述测力传感器的信号输出接口与测力仪相连，通过测力仪测量斜拉索的拉力。
在上述技术方案中，所述定滑轮采用V形定滑轮，可以防止斜拉索的侧滑导致的刚体运动。
在上述技术方案中，所述横梁伸出底台侧面300-400毫米，方便激振位置的布置；所述伸出底台的横梁上的圆形通孔直径为4-6mm；所述伸出底台的横梁上的圆形通孔的数量为5-8个，通过斜拉索穿过不同的圆形通孔并配合卡头将其卡紧，可以调整斜拉索的斜度和长度，从而改变斜拉索的固有频率。
在上述技术方案中，所述激振器为电动式激振器，激振器位于伸出底台的横梁的下面，电动式激振器动作端在工作时会上下运动并激振横梁的底面，通过对横梁底面的激励，使横梁伸出端做梁的弯曲振动，激振器动作端位于斜拉索穿过的通孔的外侧，两者的水平距离为30—50毫米。
在上述技术方案中，所述斜拉索的一端与测力传感器的测力接头采用螺母和垫圈进行固定连接，在螺母上錾出一个接近环形的沟槽使斜拉索通过，然后依靠螺母的螺纹力和垫圈来夹紧斜拉索。
在上述技术方案中，所述卡头设置在伸出底台的横梁2的下表面，卡头用于卡紧斜拉索，卡头和横梁的下表面之间依靠斜拉索的拉力紧贴在一起，这样通过在卡头和横梁的下表面之间添加垫片来增加斜拉索的张紧力，从而改变斜拉索的固有频率。
在上述技术方案中，所述第一加速度传感器通过铝片粘结在斜拉索上，即先将轻质铝片粘结在斜拉索上，再将第一加速度传感器粘结在铝片上。
在上述技术方案中，在斜拉索穿过的通孔处设置有第二加速度传感器(图中未标出)，第二加速度传感器与信号分析仪器相连，以测试斜拉索端点(即斜拉索穿过的圆形通孔处)的振动。
本实用新型使用方法如下：
(1)使用该仪器演示参激振动现象：将第一加速度传感器通过铝片粘结在斜拉索上(即先将轻质铝片粘结在斜拉索上，再将第一加速度传感器粘结在铝片上)；将第二加速度传感器粘结在斜拉索穿过的圆形通孔处，并将第一加速度传感器和第二加速度传感器与信号分析仪器相连。开启电动式激振器，电动式激振器的动作端上下运动并激振横梁的底面，通过对横梁底面的激励，使横梁伸出端做梁的弯曲振动。第一加速度传感器测试斜拉索的面内振动；第二加速度传感器测试斜拉索端点(即斜拉索穿过的圆形通孔处)的振动。通过改变电动激振器的激振频率和激振力的大小，可以重现斜拉索的两阶面内振动，并得出不同振动频率、振动幅值激励条件下斜拉索位移响应的变化。
(2)使用该仪器演示斜拉索张紧力、斜拉索几何参数与斜拉索固有频率的关系：将第一加速度传感器通过铝片粘结在斜拉索上(即先将轻质铝片粘结在斜拉索上，再将第一加速度传感器粘结在铝片上)；将第二加速度传感器粘结在斜拉索穿过的圆形通孔处，并将第一加速度传感器和第二加速度传感器与信号分析仪器相连。将测力传感器的信号输出接口与测力仪相连。通过在卡头和横梁的下表面之间添加垫片来增加斜拉索的张紧力，从而改变斜拉索的固有频率；通过改变斜拉索穿过圆形通孔的位置来改变斜拉索的斜度和长度，从而改变斜拉索的固有频率。开启电动式激振器，电动式激振器的动作端上下运动并激振横梁的底面，通过对横梁底面的激励，使横梁伸出端做梁的弯曲振动。通过第一加速度传感器和第二加速度传感器可以测得斜拉索在不同长度(即斜拉索穿过不同通孔)以及不同张紧力情况下的固有频率值。
在上述技术方案中，在所述斜拉索上设置第三加速度传感器，所述第三加速度传感器与信号分析仪器相连，以测试拉索的面内振动；在沿通孔至定滑轮方向上，所述第三加速度传感器设置在斜拉索长度的三分之二到四分之三之间的位置，优选在四分之三的位置，采用第一加速度传感器的方式将第三加速度传感器与斜拉索进行设置；这样一来在进行测试时，即可通过第一和第三两个加速度传感器采集斜拉索的有关振动信号。
以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，包括底台、斜拉索、固定支撑架、测力传感器和激振器，其中：所述固定支撑架包括横梁、立柱、翼梁、三角支架和定滑轮，横梁和翼梁固定在底台上且两者在底台水平面内相互垂直；横梁的顶端伸出底台，且在伸出底台的横梁上等间距的设置有通孔；所述立柱设置在横梁和翼梁的垂直交汇处，且与底台水平面垂直，三角支架设置在立柱的中下部，定滑轮设置在立柱的中上部；
所述测力传感器固定设置在固定支撑架的三角支架上；斜拉索的一端穿过定滑轮后与测力传感器的测力接头相连，测力传感器的信号输出接口与测力仪相连；斜拉索的另一端穿过横梁的通孔后，与卡头相连，所述卡头与横梁相接触；激振器设置在底台上，且其位于伸出底台的横梁的下方，激振器动作端与横梁相接触；
在所述斜拉索上设置第一加速度传感器，所述第一加速度传感器与信号分析仪器相连；在沿通孔至定滑轮方向上，所述第一加速度传感器设置在斜拉索长度的三分之一到四分之一之间的位置。
2.根据权利要求1所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，在斜拉索穿过的通孔处设置有第二加速度传感器，第二加速度传感器与信号分析仪器相连。
3.根据权利要求1或者2所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，在所述斜拉索上设置第三加速度传感器，所述第三加速度传感器与信号分析仪器相连；在沿通孔至定滑轮方向上，所述第三加速度传感器设置在斜拉索长度的三分之二到四分之三之间的位置。
4.根据权利要求3所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，在沿通孔至定滑轮方向上，所述第一加速度传感器设置在斜拉索长度四分之一的位置；所述第三加速度传感器设置在斜拉索长度四分之三的位置。
5.根据权利要求1所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，在立柱、横梁和翼梁的连接处设置加固支架。
6.根据权利要求1所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，在伸出底台的横梁上等间距设置的通孔为圆形通孔。
7.根据权利要求1所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，所述定滑轮采用V形定滑轮。
8.根据权利要求6所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，所述横梁伸出底台侧面300-400毫米，所述伸出底台的横梁上的圆形通孔直径为4-6mm；所述伸出底台的横梁上的圆形通孔的数量为5-8个。
9.根据权利要求1所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，所述激振器为电动式激振器，激振器位于伸出底台的横梁的下面，激振器动作端位于斜拉索穿过的通孔的外侧，两者的水平距离为30—50毫米。
10.根据权利要求1所述的斜拉索参激振动演示实验装置，其特征在于，所述卡头设置在伸出底台的横梁的下表面，在卡头和横梁的下表面之间添加垫片。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150701 Termination date: 20180225 |