專利名稱：用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置。
背景技術：
二十一世紀為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，從2002年以來全國各重點高校陸續(xù)開設了理論力學 實驗課程。由于理論力學實驗課程起步較晚，多數(shù)實驗內容以演示性實驗和驗證性實驗為 主，在老師的指導下讓學生自己設計實驗方案并完成實驗的綜合設計性實驗很少。目前在 理論力學動力學部分(或振動力學、機械振動)實驗課程教學中，普遍采用簡支梁或懸臂 梁結構形式組成的振動系統(tǒng)作為實驗模型，讓學生計算出該振動系統(tǒng)的固有頻率并通過實 驗測量和觀測振型，驗證其理論計算結果是否與實際相符，在實驗教學類別中被稱為驗證 性實驗。驗證性實驗的內容、方法、步驟和要求是由老師按實驗教學大綱預先設計的并編 寫好實驗指導書，學生上課時必須按照指導書的內容、方法、步驟和要求完成實驗報告。 因此，驗證性實驗不能充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，不適應新世紀創(chuàng)新型人才的 教學培養(yǎng)模式。 發(fā)明內容
本實用新型目的在于提供一種用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置。 本實用新型提出的用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置，由函數(shù)信號發(fā)生器 1、激振器2、懸臂直梁3、質量單擺4、質量架5、滑動平臺6、限位壓塊7、平臺導向板8、 機座9、直角夾頭IO、質量架ll、大鋼珠12和小鋼珠13組成，其結構如圖1-圖4所示。其中， 函數(shù)信號發(fā)生器l、激振器2、平臺導向板8分別固定于機座9上方，函數(shù)信號發(fā)生器l的輸 出線連接激振器2的輸入端，激振器2的輸出軸與滑動平臺6—側水平連接，滑動平臺6位于 平臺導向板8上方，并能在平臺導向板8上作水平往復運動，滑動平臺6兩側上方開有矩形 槽，其內設有小鋼珠13，小鋼珠13位置高于矩形槽面，限位壓塊7呈L型結構，由水平端和 垂直端組成，滑動平臺6兩側分別位于限位壓塊7內，并通過小鋼珠13連接限位壓塊7的水 平端，使滑動平臺6與限位壓塊7保持一定的間隙，限位壓塊7的垂直端連接平臺導向板8， 懸臂直梁3的下端部通過直角夾頭10固接于滑動平臺6上方，質量架5套于懸臂直梁3上方， 其位置可上下調整，質量單擺4懸掛于質量架11上。
本實用新型中，滑動平臺6兩側下方與平臺導向板8相連處開有導向槽，相應地平臺導
向板8上開有導向槽，大鋼珠12位于相連的導向槽內之間。
本實用新型中，機座9呈矩形結構，其底部設有機座螺腳14，通過螺紋調節(jié)機座9的水平。
本實用新型的工作過程如下-
本實用新型通過把高層建筑結構物模型簡化成一懸臂直梁3，懸臂直梁3的橫截面可根 據(jù)結構物模型而定，可以是矩形也可以是圓形等不同形狀，其材料可選鋁合金、不銹鋼尺、 有機玻璃或細質木材等，懸臂直梁3被固接于一個可水平直線往復運動的滑動平臺6上，滑 動平臺6與激振器2水平固定連接，激振器2受函數(shù)信號發(fā)生器1控制，當函數(shù)信號發(fā)生器l 輸出模擬風振或地震激勵信號時，激振器2開始動力響應，牽動滑動平臺6水平直線往復運 動，同時位于滑動平臺6上的結構物模型(懸臂直梁3)產生共振，這時能非常直觀的看到 結構物模型的一階或二階振型，然后依據(jù)結構物模型的一階振動模態(tài)(以一階振動模態(tài)為 主)設計一個或一組質量單擺4，使之與懸臂直梁3相調諧，將一個或一組質量單擺4懸掛 在懸臂直梁3振幅最大處的適當位置，即可對結構物模型的振動實施控制(減振)。用視覺 就可發(fā)現(xiàn)本來共振的結構物模型(懸臂直梁)其振動基本消失或大大減弱了。
本實用新型克服了以目前理論力學(或振動力學、機械振動)振動實驗裝置只能以驗 證性實驗或演示性實驗的教學形式給學生進行實驗的不足,提供一種不僅能讓學生對高層 建筑結構模型的固有頻率進行實驗驗證和演示其一、二階振型，而且能讓學生運用已掌握 的綜合知識自行設計制作一個或一組質量單擺對高層建筑結構模型的振動實施控制(減 振)的裝置。
采用動態(tài)信號采集處理系統(tǒng)DSPS4.0(北京京南航天數(shù)據(jù)技術有限公司)和壓電式加速 傳感器(型號4393v重量2.4g丹麥B&K公司)等儀器對本實用新型的減振效果進行實際 動態(tài)測試，減振率可達到77.8%以上。
本實用新型的有益效果是，不僅可以給學生進行有關振動理論的實驗驗證和演示，而 且還能讓學生充分發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性，運用已掌握的綜合知識自行設計對高 層建筑結構物模型振動實施控制(減振)的實驗，并完成設計性實驗報告。從培養(yǎng)新世紀 創(chuàng)新型人才角度出發(fā)，其對社會的"技術效果"將不可估量。采用質量單擺實施振動控制 (減振)，結構簡單，而且又經濟。
圖l是本實用新型的振動實驗裝置主視示意圖。 圖2是振動實驗裝置左視構造圖。 圖3是圖2的左下局部放大圖。
圖4是圖2的右下局部放大圖。
圖中標號l為函數(shù)信號發(fā)生器，2為激振器，3為懸臂直梁，4為質量單擺，5為質量架， 6為滑動平臺，7為限位壓塊，8為平臺導向板，9為機座，IO為直角夾頭，ll為質量架固定 螺釘，12為大鋼珠，13為小鋼珠，14為機座螺腳。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
實施例l:將下列各部件按圖1-圖4所示方式連接，該領域技術人員均能順利實施。
函數(shù)信號發(fā)生器1可選用上海無儀電子設備有限公司的WY1603P，激振器2可選用南京佛 能實業(yè)有限公司的服V-20，懸臂直梁3可選用Y12扁鋁規(guī)格25X4X1000，質量單擺4可選用 08—02O鋼珠，質量架5可選用有機玻璃材料規(guī)格45X 15X15，滑動平臺6可選用45號鋼板 材料規(guī)格140X 160X20,其中矩形槽4X3，導向槽(等腰直角三角形)底邊10.3高5，限 位壓塊7可選用45號鋼板材料規(guī)格16X24X160，平臺導向板8可選用45號鋼板材料規(guī)格140 X 160X10，其中矩形槽和導向槽的尺寸與滑動平臺6上相同，機座9可選用A3鋼板材料規(guī) 格300X450X16，質量架固定螺釘11規(guī)格M3X25，大鋼珠12直徑08，小鋼珠13直徑04，機 座螺釘14用M10螺紋外形可自定。
在圖1中，函數(shù)信號發(fā)生器1的輸出線與激振器2的輸入端相接，激振器2被固定于矩形 機座9上，激振器2的輸出軸與滑動平臺6側面中端水平固定連接。
在圖2中，四個機座螺腳14分別位于矩形機座9的四個角上，通過螺紋調節(jié)矩形機座9 的水平。平臺導向板8被固定連接于矩形機座9上，將滑動平臺6置于上方，其右下方的導 向槽與平臺導向板8上的導向槽相對應， 一組大鋼珠12位于一對導向槽中間， 一組小鋼珠 13位于左側的矩形槽中間，同時將滑動平臺6頂起一毫米。左右兩側的限位壓塊7分別與 平臺導板用M8內六角螺釘連接固定，滑動平臺6上方兩側矩形槽內各放入一組小鋼珠13使 限位壓塊7與滑動平臺6的對應面保持0. 5至1毫米的間隙，高層建筑結構物模型懸臂直梁3 的下端部用直角夾頭10被固接于滑動平臺6上臺面中心，質量架5被套于懸臂直梁3的上方， 其位置可上下調整，根據(jù)設計要求確定后用質量架固定螺釘ll固定，質量單擺4懸掛在質
權利要求1.一種用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置，由函數(shù)信號發(fā)生器(1)、激振器(2)、懸臂直梁(3)、質量單擺(4)、質量架(5)、滑動平臺(6)、限位壓塊(7)、平臺導向板(8)、機座(9)、直角夾頭(10)、質量架(11)、大鋼珠(12)和小鋼珠(13)組成，其特征在于函數(shù)信號發(fā)生器(1)、激振器(2)、平臺導向板(8)分別固定于機座(9)上方，函數(shù)信號發(fā)生器(1)的輸出線連接激振器(2)的輸入端，激振器(2)的輸出軸與滑動平臺(6)一側水平連接，滑動平臺(6)位于平臺導向板(8)上方，并能在平臺導向板(8)上作水平往復運動，滑動平臺(6)兩側上方開有矩形槽，其內設有小鋼珠(13)，小鋼珠(13)位置高于矩形槽面，限位壓塊(7)呈L型結構，由水平端和垂直端組成，滑動平臺(6)兩側分別位于限位壓塊(7)內，并通過小鋼珠(13)連接限位壓塊(7)的水平端，使滑動平臺(6)與限位壓塊(7)保持一定的間隙，限位壓塊(7)的垂直端連接平臺導向板(8)，懸臂直梁(3)的下端部通過直角夾頭(10)固接于滑動平臺(6)上方，質量架(5)套于懸臂直梁(3)上方，質量單擺(4)懸掛于質量架(11)上。
2、 根據(jù)權利要求l所述的用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置，其特征在于滑 動平臺(6)兩側下方與平臺導向板(8)相連處開有導向槽，相應地平臺導向板(8)上開有導向 槽，大鋼珠(12)位于相連的導向槽內之間。
3、 根據(jù)權利要求l所述的用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置，其特征在于機 座(9)呈矩形結構，其底部設有機座螺腳(14)。
專利摘要本實用新型涉及一種用質量單擺控制高層建筑結構振動的實驗裝置。由函數(shù)信號發(fā)生器、激振器、懸臂直梁、質量單擺、質量架、滑動平臺、限位壓塊、平臺導向板、機座組成，函數(shù)信號發(fā)生器、激振器、平臺導向板分別固定于機座上方，函數(shù)信號發(fā)生器連接激振器，激振器與滑動平臺連接，滑動平臺兩側下方與平臺導向板相連處對應開有導向槽，大鋼珠位于嵌于相連的導向槽內，滑動平臺兩側上方開有矩形槽，其內設有小鋼珠，小鋼珠位置高于矩形槽，滑動平臺兩側分別位于限位壓塊內，限位壓塊連接平臺導向板，懸臂直梁下端部固接于滑動平臺上方，質量架套于懸臂直梁上方，質量單擺懸掛于質量架上。本實用新型不僅可以給學生進行有關振動理論的實驗驗證和演示，而且還能讓學生充分運用已掌握的綜合知識自行設計對高層建筑結構物模型振動實施控制的實驗方法，并完成設計性實驗報告。
文檔編號G09B25/00GK201060585SQ20072007105
公開日2008年5月14日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權日2007年6月14日
發(fā)明者王斌耀, 董國華 申請人:同濟大學