风洞风摆缩比测试装置及方法

技术领域

本申请涉及风洞风工程测试领域，特别涉及一种风洞风摆缩比测试装置及方法。

背景技术

风洞风工程测试主要采用风洞模拟大气边界层风或自然风，针对建筑、桥梁、大型户外设施等开展缩比测试，通过研究测试风压、风振、风环境等因素对试验对象造成的破坏效果或其他作业效果。

相关技术中，通常采用静态风压测试、脉动风压测试、气弹振动测试等测试方法和专用试验装置对建筑维护结构等气弹振动部件进行风洞测试。

然而，通过上述测试方法针对一些风致响应频率较小的试验件，如风致摆动试验件(高层建筑外墙悬挂作业设备)进行基于风环境对试验件造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果的测试时，易受测试环境的影响且需要抗干扰能力强，因此，会导致测试精度较低，得到的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现，易造成作业安全问题，亟需解决。

发明内容

本申请提供一种风洞风摆缩比测试装置及方法，以解决相关技术中试验件易受测试环境的影响且需要抗干扰能力强，而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现，易造成作业安全等问题。

本申请第一方面实施例提供一种风洞风摆缩比测试装置，包括：

悬挂支架和风摆试验件，所述风摆试验件悬挂于所述悬挂支架上；

风洞来流风模拟件，所述风洞来流风模拟件设置于所述悬挂支架和所述风摆试验件的前方，以基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；采集件，所述采集件和所述悬挂支架对应设置，所述采集件采集所述风摆试验产生的试验数据；以及

测试件，所述测试件和所述采集件相连，所述测试件根据所述试验数据、所述湍流度和所述湍流积分尺度得到所述风摆试验件的摆动幅度。

可选地，所述采集件包括：

热线风速测试架，所述热线风速测试架采集前风场标定数据；

加速度传感器，所述加速度传感器采集风摆试验件的摆动数据。

可选地，所述热线风速测试架设置在和所述悬挂支架的相同位置。

可选地，所述加速度传感器设置在所述风摆试验件上。

可选地，所述风洞来流风模拟件包括：

多个尖劈，所述多个尖劈基于所述风摆试验模拟风洞来流风。

可选地，所述多个尖劈的每个尖劈包括：

迎风三角板底；

分离板底，所述迎风三角板底的底部设置于所述分离板底上。

可选地，多个尖劈中每个相邻尖劈之间的距离大于预设风洞风口要求阈值。

可选地，上述风洞风摆缩比测试装置，还包括：

风动旋转件，所述风动旋转件与悬挂支架连接，所述风动旋转件驱动所述悬挂支架旋转至所述风摆试验的目标角度。

可选地，风动旋转件为旋转台。

根据本申请的风洞风摆缩比测试装置，悬挂支架和风摆试验件，风摆试验件悬挂于悬挂支架上；设置于悬挂支架和风摆试验件的前方的风洞来流风模拟件，基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；与悬挂支架对应设置的采集件，采集风摆试验产生的试验数据；与采集件相连的测试件，测试件根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。由此，解决了试验件易受测试环境的影响而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现问题，通过风洞缩比测试装置对悬挂试验件进行风洞测试，从而实现风环境对试验件造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果。

本申请第二方面实施例提供一种风洞风摆缩比测试方法，利用如上述所述的风洞风摆缩比测试装置，其中，所述方法包括以下步骤：

基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；

采集所述风摆试验产生的试验数据；以及

根据所述试验数据、所述湍流度和所述湍流积分尺度得到所述风摆试验件的摆动幅度。

根据本申请的风洞风摆缩比测试方法，悬挂支架和风摆试验件，风摆试验件悬挂于悬挂支架上；设置于悬挂支架和风摆试验件的前方的风洞来流风模拟件，基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；与悬挂支架对应设置的采集件，采集风摆试验产生的试验数据；与采集件相连的测试件，测试件根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。由此，解决了试验件易受测试环境的影响而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现问题，通过风洞缩比测试装置对悬挂试验件进行风洞测试，从而实现风环境对试验件造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种风洞风摆缩比测试装置的方框示意图；

图2为根据本申请一个实施例的风摆风洞试验测试装置示意图；

图3为根据本申请一个实施例的风摆风洞试验测试方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述根据本申请实施例的风洞风摆缩比测试装置及方法，针对上述背景技术中提到的相关技术中试验件易受测试环境的影响且需要抗干扰能力强，而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现，易造成作业安全问题，本申请提供了一种风洞风摆缩比测试装置，在该装置中，悬挂支架和风摆试验件，风摆试验件悬挂于悬挂支架上；设置于悬挂支架和风摆试验件的前方的风洞来流风模拟件，基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；与悬挂支架对应设置的采集件，采集风摆试验产生的试验数据；与采集件相连的测试件，测试件根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。由此，解决了试验件易受测试环境的影响而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现问题，通过风洞缩比测试装置对悬挂试验件进行风洞测试，从而实现风环境对试验件造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果。

具体而言，图1为本申请实施例提供的一种风洞风摆缩比测试装置的方框示意图。

如图1所示，该风洞风摆缩比测试装置10包括：悬挂支架100、风摆试验件200、风洞来流风模拟件300、采集件400和测试件500。

其中，风摆试验件200悬挂于悬挂支架100上，风洞来流风模拟件300设置于悬挂支架100和风摆试验件200的前方，以基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度，采集件400和悬挂支架100对应设置，采集件400采集风摆试验产生的试验数据，测试件500与采集件400相连，以根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件200的摆动幅度。

可选地，上述风洞风摆缩比测试装置10，还包括：风动旋转件，风动旋转件与悬挂支架100连接，风动旋转件驱动悬挂支架旋转至风摆试验的目标角度。

具体地，在本申请实施例中，风洞风摆缩比测试装置10还包括风动旋转件，该风动旋转件可以为旋转台，与悬挂支架100连接，同时具备正向和反向180度的旋转功能，以驱动悬挂支架旋转至风摆试验所需的目标角度。

具体而言，如图2所示，在本申请实施例中，悬挂支架100放置于风动旋转件上，并由立面和底座组成，其中，立面用于模拟高层建筑外墙立面，底座用于保证风摆试验件200在试验时能够抗风稳定，底座整体由铝合金面板及不锈钢框架组成，其高度为2-3米、宽度为2-3米；风摆试验件200悬挂于悬挂支架100上，用于模拟高层建筑外墙悬挂作业设备，风摆试验件200和悬挂支架100距离风洞来流风模拟件300前方5-15米处，其中，风洞来流风模拟件300可以为尖劈组，该尖劈组由多个尖劈组成，用于基于风摆试验模拟风洞来流风。

可选地，多个尖劈的每个尖劈包括：迎风三角板底；分离板底，迎风三角板底的底部设置于分离板底上。

具体而言，本申请实施例的尖劈组由4-7个尖劈组成，每个尖劈包括分离板底和迎风三角板底，迎风三角板底的底部设置于分离板底上，其中，每个尖劈的高度为0.9-1.5米，迎风三角板底宽为0.07-0.15米，分离板底宽为0.3-0.6米，通过该尖劈组产生风摆试验漩涡以及增大风向来流湍流度，以生成风摆试验对应的湍流度和湍流积分尺度，其中，风摆试验对应的湍流度可以为10％～40％，湍流积分尺度可以为0.1m～10m。

需要说明的是，为满足测试需求，多个尖劈中每个相邻尖劈之间的距离大于预设风洞风口要求阈值，即风洞风口面积大于12平方米，风速为5m/s-15m/s，湍流度小于5％。

可选地，采集件400包括：热线风速测试架，热线风速测试架采集前风场标定数据；加速度传感器，加速度传感器采集风摆试验件200的摆动数据。

具体地，在本申请实施例中，采集件400包括热线风速测试架和加速度传感器，热线风速测试架放置于和悬挂支架100相同的位置，同时采集前风场标定数据，例如采集实际场景中的风速、湍流度、湍流积分尺度等，其中，在采集前风场标定数据时，悬挂支架100位置清空，只保留尖劈组；加速度传感器放置于风摆试验件200上，用于采集风摆试验件200的摆动数据。

具体而言，为实现风摆试验件100的风洞风摆缩比测试，本申请实施例需要构建基于几何相似、空气动力学相似以及含阻尼或驱动力的单摆动力学相似的风洞风摆缩比测试场景，同时考虑到湍流风激励以及雷诺数不敏感等因素，该测试场景需满足5个无量纲准则数，分别由下式表示：

Π

其中，l为风摆试验件200的悬挂钢丝绳长度；g为重力加速度；t

进一步地，本申请实施例基于采集的实际场景中的风场标定数据，如湍流度为45％，湍流积分尺度为122.47m，风速为8.31m/s，目标真实试验件悬挂摆臂长度为30米，基于实际场景中的风场标定数据和5个无量纲准则数之间的比例关系，确定目标真实试验件和风摆试验件200的缩比关系，从而根据测试风摆试验件200的风场标定数据得到风摆试验件200的摆动幅度，同时通过风摆试验件200和目标真实试验件之间的缩比关系测试得出目标真实试验件的摆动幅度。

进一步地，在本申请实施例中，测试件500和采集件400相连，测试件500根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。

具体而言，在本申请实施例中，通过采集件400采集到的实际场景中的风场标定数据以及目标真实试验件与风摆试验件200的缩比关系，得到m

由

可得

由

可得

由于F

由于实际场景和风洞风摆缩比测试场景中的Π

由于实际场景和风洞风摆缩比测试场景中的Π

根据已知的目标真实试验件悬挂摆臂长度为30米，经风洞风摆缩比测试得到风摆试验件200的悬挂摆臂长度为3.32米。

综上，可得目标真实试验件进和风摆试验件200的测试工况如表1所示：

表1

进一步地，在本申请实施例中，经风洞风摆缩比测试得到上述风场标定数据后，需要进一步对测试数据进行处理得到风摆试验件200的摆动幅度。

具体地，本申请实施例在风洞风摆缩比测试后，得到风摆试验件200的加速度随时间变化的数据a

其中，i为第i个加速度采样时间节点，Δt为加速度采样时间间隔。

由此，本申请实施例根据风摆试验件200的摆动幅度可以计算得到目标真实试验件的摆动幅度随时间的变化，可以表示为：

由此，通过上述的风洞风摆缩比测试，由风摆试验件200的摆动幅度计算得出目标真实试验件的摆动幅度，从而有效的获取到风环境对风摆试验件200造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果。

根据本申请的风洞风摆缩比测试装置，悬挂支架和风摆试验件，风摆试验件悬挂于悬挂支架上；设置于悬挂支架和风摆试验件的前方的风洞来流风模拟件，基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；与悬挂支架对应设置的采集件，采集风摆试验产生的试验数据；与采集件相连的测试件，测试件根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。由此，解决了试验件易受测试环境的影响而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现问题，通过风洞缩比测试装置对悬挂试验件进行风洞测试，从而实现风环境对试验件造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的风洞风摆缩比测试方法。

图3是本申请实施例的风洞风摆缩比测试方法的流程图。

如图3所示，该风洞风摆缩比测试方法采用如上述的风洞风摆缩比测试装置，方法包括以下步骤：

在步骤S301中，基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；

在步骤S302中，采集风摆试验产生的试验数据；以及

在步骤S303中，根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。

根据本申请的风洞风摆缩比测试方法，悬挂支架和风摆试验件，风摆试验件悬挂于悬挂支架上；设置于悬挂支架和风摆试验件的前方的风洞来流风模拟件，基于风摆试验生成对应的湍流度和湍流积分尺度；与悬挂支架对应设置的采集件，采集风摆试验产生的试验数据；与采集件相连的测试件，测试件根据试验数据、湍流度和湍流积分尺度得到风摆试验件的摆动幅度。由此，解决了试验件易受测试环境的影响而使摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果不明显，从而不利于现实作业的精准实现问题，通过风洞缩比测试装置对悬挂试验件进行风洞测试，从而实现风环境对试验件造成的摆动共振激励、风致倾覆等破坏效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。