Устройство для исследования аэроупругости высоких строительных сооружений

Союз повети«ни

Соцнппнетнчееннх

Раепубпн«

1н866430 (61) Дополнительное к лет. сеид-ву(22) Заявлено 20.03.79 (21) 2743230/40-23 с присоединением заяви« М (23)йрноритетОпублнковано 23-09.81. 81оллетень М 35

Дата опубликования описания 26.09.81 (51)N. Кл.

Я 0l М 9/00

3bcyaspersee4 иинитвт

CCCI ие аелзи имврвтвиий и вгкрыгий (53) УДК 533.6. .07 i (088,8) М. Д. Белов и П. A. Бычков (72) Авторы изобретения (71) Заявитель. (54) УСТРОИСЧВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОУПРУГОСТИ

ВЫСОКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при испытаниях моделей 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 конструкпий - связки плотов, которое содержит геометрически подобную натурному изделию модель и рычаг, приводяший в движение модель путем вращения его вокруг оси в бассейне с водой ГХ2.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает моделирование натурных аэроупругих колебаний высоких строительных сооружений но числам Рейнольдса,(Яе), Коши (Са), Струхали (5$ ), числу гомохропности (1-) и декремнйату (о) затухания колебаний в материале модели.

Наиболее близким по своей технической сушности к изобретению является устройство для исследования аэроупругих высоких строительных сооружений, содержашее помешенную в поток аэродинамической установки геометрически подобную натурному сооружению- (основную) модель, которая выполнена в виде прямого пилиндра с изменяемой формой в плане f2).

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

Недостатком данного устройства swtN ется то, что оно не обеспечивает модели15 рование п6 числам Рейнольдса, Коши, Струхаля, гомохронности и декременту затухания, особенно при испытаниях особо высоких строительных сооружений высотою, 300 м и выше.

При испытаниях такого рада сооружений в аэродинамических установках модели составляют менее 0,01 размера натурного объекта, что приводит к невоспроизведению

3 86 инеяфрнных (массовых) и жесткостных характеристик строительной конструкции и искажению законов их аэроупругих колебаний в потоке.

Бель изобретения — обеспечение моделирования инерционных и жесткостных ха- рактеристик при колебаниях сооружения 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 сооружений, содержашее помещенную в поток устайовкй 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 модели подобны в каждом сечейии формам исследуемого сооружения.

Кроме того, дополнительная модель размещена внутри обтекателя, в котором выполнены окна для системы тяг.

Модели снабжены системой маятниковой подвески, выполненной в виде траверс и шарнирно связанных с ними и моделями параллельных стержней.

На фиг. 1 дана схема устройства, вид в плане; на фиг. 2 - схема выполнения системы маятниковой подвески моделей; на фиг. 3» пример размещения устройства в аэродинамической установке; на . фиг. 4 - сечение A-А на фиг. 3.

6450 4 (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 размещается внутри аэродинамической установки например роторной трубы. Труба, выполнена в виде, например, газогольдера 13 высокого давления (фиг. 3 и 4), в кото-, гр ром размещена осесимметрично ему ци1 линдрическая оболочка 14, приводимая во вращение приводом 15. Плита 9 закрепляется s газогольдере 13 так, чтобы ось обтекателя 4 совпадала с осью враЖения цилиндрической оболочки 14. Шарниры 6 и 12 для обеспечения в них минимального трения выполнены, например, упругими. Основания 1 и дополнительная 2 модели изготовлены as материала е декрементом затухания колебаний в нем, равным двкременту затухания колебаний в материале натурного сооружения.

Внешние е внутренние обводы, в поперечных сечениях дополнительной модели 2 выполнены 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 сечениях дополнительной модели 2 задаются следующими соотношениями

Устройство состоит иэ 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 виде отдельных частей). Модели 1 и 2 объединены в единую механическую систему с помощью жестких тяг 5 и шарниров 6. Шарниры 6 установлены в окнах

7 моделей 1 я 2. Тяги 5 пропущены через окна 8 в обтекателе 4. Основания моделей 1 и 2 и обтекателя 4 заделаны в плите 9. Посредством ряда траверс 10, 10, 10 ..., связанных со стержнями 1Q, 11, 11 ... шарнирами 12, 12, 12 ..., модели 1 и 2 подвешены как на маятнн-1 ках, что обеспечивает их колебания в плоскости, нормальной направлению потока 3

55 1+ Чд о -4, 4т.

Ю) -Q ;

У и

Pg -- —:-ЬЮфазКерная погонная мас-.

Урмо совая плотность в поперечном сечении натурной трубы на высоте Н ф 0:, 4о где R и r< - внешний и внутренний радиусы дополнительной мо дели 2 на высоте Й 4 0;

R„„ R> — внешние радиусы натурной

О трубы иа высотах Й Ф 0 и

Й 0- соответственно; =К. /Я - масштаб изменения длин

:ио ло основной модели 1;

Ч,Ч вЂ” функции высоты Й Ф 0 дополнительной модели 2

50 q=(3+ Ч .) .=5M °

8664

E3 = безразмерная жесткость на

«Ихчн

"> Е хч но изгиб в поперечном сечении натурной трубы на высоте

Н 0 относительно осиХХ; и

R = - безразмерный внешний ра5 н д диус в поперечном сечении .натурной трубЫ на вйс*оте

НФО;

Ц о — значения функций М и V

8 на высоте Н ф 0 о"" =Я «1, - толщина стенки трубы дополнительной модели 2 на вь соте Н = 0; зо — o

R = - частное от деления внешне-, %0 Q го радиуса в поперечном сечении дополнительной модели 2 к одноименному радиусу основной модели 1 на 25 высоте Й = 0

Индексами здесь обозначены значения н- натуры, м-модели, 1-основной модели, 2- дополнительной модели, 0- поперечного сечения на высоте Н=О. 30

Устройство работает следующим образом.

В гаэогольдер 13 подается воздух под заданным давлением (g р 100 атм), соз- давая 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 заданной угловой ско- 40 рости вращения ы . Вследствие наличия сил рения создается поток в установ ке с заданной плотностью и скоростью движения.

Основная модель 1, размещенная в потоке, нагружается аэродинамическими силами Эти силы с помощью тяг 5 передаются на дополнительную модель 2. Так ,как дополнительная модель 2 более мас« @вная s жесткаи еМ основная l, то она 50 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 связность колебаний обеих моделей. Бла годаря наличию такой системы связи сил (аэродинамических, упругих и инерционных)

: совместные связные колебания обеих моделей

30 6

1 и 2 подобны колебаниям натурного сооружения. При этом в испытаниях реализуются критерии подобич Re, Ca, Г,Ф. 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 сходственных 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 натурного 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, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью обеспечения моделирования инерционных и жесткостных характеристик при колебаниях сооружения в потоке на моделях масштаба 0,01 и менее, устройство 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 модели подобны в каждом сечении формам исследуемого сооружения.

2. Устройство по п. 1 о т л и ч а юш е е с я тем, что дополнительная модель

86 размешена внутри обтекателя, в котором выполнены окна для системы тяг.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целые обеснечения моделирования плоских форм изгибных колеоаний сооружений и устранения влияния немоделируемых аэроупругик нагрузок, модели снабжены системой маятниковой подвески, выполненной в виде граверс и

6430 шарнирно связанных с ними и с моделями параллельных стержней.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 561102, кл. Я 01 М 10/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 553511 кл. (j 01 N 9/00, 1974 (прототип) .

866430

Составитель В. Шкетов

Редактор В. Еремеева Техред А.Савка Корректор Г. Назарова .

Заказ 8085/65 Тираж 910 Подписное

ВНИИЛИ . Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

11ЗОЭ5, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проеитнаи, 4