斜拉索參激振動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于教學(xué)及科研演示和實(shí)驗(yàn)儀器，涉及非線性振動(dòng)力學(xué)參激振動(dòng)現(xiàn)象演示儀器和實(shí)驗(yàn)儀器，尤其涉及一種斜拉索參激振動(dòng)演示儀和實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]參激振動(dòng)亦稱為參數(shù)振動(dòng)(parametrically excited vibrat1n)是除自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)以外的又一種振動(dòng)形式。參數(shù)振動(dòng)由外界的激勵(lì)產(chǎn)生，但激勵(lì)不是以外力形式施加于系統(tǒng)，而是通過振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)固有參數(shù)質(zhì)量、剛度、阻尼的周期性改變間接地實(shí)現(xiàn)。這樣導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為非線性方程。因此，參激振動(dòng)與自激振動(dòng)一樣也屬于非線性振動(dòng)。關(guān)于非線性振動(dòng)理論與線性振動(dòng)理論相比有本質(zhì)的區(qū)別，對于大多數(shù)工程技術(shù)人員和青年學(xué)生極少有非線性振動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)。在實(shí)際的工作中斜拉索參激振動(dòng)現(xiàn)象的概念比較抽象，難于理解，使人往往造成概念模糊不清。目前學(xué)生學(xué)習(xí)非線性振動(dòng)課程時(shí)只停留學(xué)會(huì)一些研宄方法，沒有任何實(shí)驗(yàn)裝置可供學(xué)生實(shí)習(xí)，不利于教學(xué)以及科研的開展。當(dāng)前尚未有合適、直觀的斜拉索參激振動(dòng)現(xiàn)象演示的教學(xué)儀器，影響教學(xué)質(zhì)量，延宕科研實(shí)踐。為了滿足教學(xué)、科研的需要，研制斜拉索參激振動(dòng)演示儀很有必要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種斜拉索參激振動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)裝置。將斜拉索參激振動(dòng)現(xiàn)象用簡單的機(jī)械和動(dòng)力系統(tǒng)演示出來，克服斜拉索參激振動(dòng)現(xiàn)象比較抽象、難于理解、往往使人造成概念模糊等問題，給人直觀的感性認(rèn)識(shí)、便于對斜拉索參激振動(dòng)概念的理解，利于教學(xué)和科研。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]斜拉索參激振動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)裝置，包括底臺(tái)、斜拉索、固定支撐架、測力傳感器和激振器，其中:
[0006]所述固定支撐架包括橫梁、立柱、翼梁、三角支架和定滑輪，橫梁和翼梁固定在底臺(tái)上且兩者在底臺(tái)水平面內(nèi)相互垂直，以使所述固定支撐架穩(wěn)定固定在底臺(tái)上，在斜拉索振動(dòng)的情況下整個(gè)固定支撐架穩(wěn)定在底臺(tái)上，且不與底臺(tái)發(fā)生脫離；橫梁的頂端伸出底臺(tái)，且在伸出底臺(tái)的橫梁上等間距的設(shè)置有通孔，優(yōu)選圓形通孔；所述立柱設(shè)置在橫梁和翼梁的垂直交匯處，且與底臺(tái)水平面垂直，優(yōu)選加固支架設(shè)置在立柱、橫梁和翼梁的連接處，三角支架設(shè)置在立柱的中下部，定滑輪設(shè)置在立柱的中上部；
[0007]所述測力傳感器固定設(shè)置在固定支撐架的三角支架上；斜拉索的一端穿過定滑輪后與測力傳感器的測力接頭相連，斜拉索的另一端穿過橫梁的通孔后，與卡頭相連，所述卡頭與橫梁相接觸，以使整條斜拉索繃緊；激振器設(shè)置在底臺(tái)上，且其位于伸出底臺(tái)的橫梁的下方，激振器動(dòng)作端與橫梁相接觸；
[0008]在所述斜拉索上設(shè)置第一加速度傳感器，所述第一加速度傳感器與信號(hào)分析儀器相連，以測試?yán)鞯拿鎯?nèi)振動(dòng)；在沿通孔至定滑輪方向上，所述第一加速度傳感器設(shè)置在斜拉索長度的三分之一到四分之一之間的位置，優(yōu)選四分之一的位置。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述測力傳感器的信號(hào)輸出接口與測力儀相連，通過測力儀測量斜拉索的拉力。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述定滑輪采用V形定滑輪，可以防止斜拉索的側(cè)滑導(dǎo)致的剛體運(yùn)動(dòng)。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述橫梁伸出底臺(tái)側(cè)面300-400毫米，方便激振位置的布置；所述伸出底臺(tái)的橫梁上的圓形通孔直徑為4-6mm ;所述伸出底臺(tái)的橫梁上的圓形通孔的數(shù)量為5-8個(gè)，通過斜拉索穿過不同的圓形通孔并配合卡頭將其卡緊，可以調(diào)整斜拉索的斜度和長度，從而改變斜拉索的固有頻率。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述激振器為電動(dòng)式激振器，激振器位于伸出底臺(tái)的橫梁的下面，電動(dòng)式激振器動(dòng)作端在工作時(shí)會(huì)上下運(yùn)動(dòng)并激振橫梁的底面，通過對橫梁底面的激勵(lì)，使橫梁伸出端做梁的彎曲振動(dòng)，激振器動(dòng)作端位于斜拉索穿過的通孔的外側(cè)，兩者的水平距離為30— 50毫米。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述斜拉索的一端與測力傳感器的測力接頭采用螺母和墊圈進(jìn)行固定連接，在螺母上鏨出一個(gè)接近環(huán)形的溝槽使斜拉索通過，然后依靠螺母的螺紋力和墊圈來夾緊斜拉索。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述卡頭設(shè)置在伸出底臺(tái)的橫梁2的下表面，卡頭用于卡緊斜拉索，卡頭和橫梁的下表面之間依靠斜拉索的拉力緊貼在一起，這樣通過在卡頭和橫梁的下表面之間添加墊片來增加斜拉索的張緊力，從而改變斜拉索的固有頻率。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述第一加速度傳感器通過鋁片粘結(jié)在斜拉索上，即先將輕質(zhì)鋁片粘結(jié)在斜拉索上，再將第一加速度傳感器粘結(jié)在鋁片上。
[0016]在上述技術(shù)方案中，在斜拉索穿過的通孔處設(shè)置有第二加速度傳感器(圖中未標(biāo)出)，第二加速度傳感器與信號(hào)分析儀器相連，以測試斜拉索端點(diǎn)(即斜拉索穿過的圓形通孔處)的振動(dòng)。
[0017]本實(shí)用新型使用方法如下:
[0018](I)使用本實(shí)用新型演示參激振動(dòng)現(xiàn)象:將第一加速度傳感器通過鋁片粘結(jié)在斜拉索上(即先將輕質(zhì)鋁片粘結(jié)在斜拉索上，再將第一加速度傳感器粘結(jié)在鋁片上)；將第二加速度傳感器粘結(jié)在斜拉索穿過的圓形通孔處，并將第一加速度傳感器和第二加速度傳感器與信號(hào)分析儀器相連。開啟電動(dòng)式激振器，電動(dòng)式激振器的動(dòng)作端上下運(yùn)動(dòng)并激振橫梁的底面，通過對橫梁底面的激勵(lì)，使橫梁伸出端做梁的彎曲振動(dòng)。第一加速度傳感器測試斜拉索的面內(nèi)振動(dòng)；第二加速度傳感器測試斜拉索端點(diǎn)(即斜拉索穿過的圓形通孔處)的振動(dòng)。通過改變電動(dòng)激振器的激振頻率和激振力的大小，可以重現(xiàn)斜拉索的兩階面內(nèi)振動(dòng)，并得出不同振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅值激勵(lì)條件下斜拉索位移響應(yīng)的變化。
[0019](2)使用本實(shí)用新型演示斜拉索張緊力、斜拉索斜度與斜拉索固有頻率的關(guān)系:將第一加速度傳感器通過鋁片粘結(jié)在斜拉索上(即先將輕質(zhì)鋁片粘結(jié)在斜拉索上，再將第一加速度傳感器粘結(jié)在鋁片上)；將第二加速度傳感器粘結(jié)在斜拉索穿過的圓形通孔處，并將第一加速度傳感器和第二加速度傳感器與信號(hào)分析儀器相連。將測力傳感器的信號(hào)輸出接口與測力儀相連。通過在卡頭和橫梁的下表面之間添加墊片來增加斜拉索的張緊力，從而改變斜拉索的固有頻率；通過改變斜拉索穿過圓形通孔的位置來改變斜拉索的斜度和長度，從而改變斜拉索的固有頻率。開啟電動(dòng)式激振器，電動(dòng)式激振器的動(dòng)作端上下運(yùn)動(dòng)并激振橫梁的底面，通過對橫梁底面的激勵(lì)，使橫梁伸出端做梁的彎曲振動(dòng)。通過第一加速度傳感器和第二加速度傳感器可以測得斜拉索在不同斜度(即斜拉索穿過不同通孔)以及不同張緊力情況下的固有頻率值。
[0020]本發(fā)明通過簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)和簡單的動(dòng)力系統(tǒng)，將抽象的參激振動(dòng)理論直觀的演示出來，克服參激振動(dòng)理論比較抽象、概念難于理解、使人造成概念模糊的問題。由于參激振動(dòng)演示儀給人以直觀的感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)了對參激振動(dòng)概念的理解，有利于教學(xué)和科學(xué)研宄，填補(bǔ)了該項(xiàng)教學(xué)儀器的空白，既有經(jīng)濟(jì)效益又有社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型中的固定支撐架和測力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是圖2中V處的局部發(fā)大圖；
[0024]圖4是本實(shí)用新型中伸出底臺(tái)的橫梁部分的俯視圖。
[0025]其中I為激振器，1-1為激振器動(dòng)作端，2為橫梁，2-1為通孔，3為斜拉索，4為定滑輪，5為立柱，6為測力傳感器，6-1為信號(hào)輸出接口，6-2為測力接頭，7為三角支架，8為加固支架，9為翼梁，10為底臺(tái)，11為卡頭，12為第一加速度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0027]參見附圖1一4，本實(shí)用新型的斜拉索參激振動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)裝置，包括底臺(tái)、斜拉索、固定支撐架、測力傳感器和激振器，其中:
[0028]所述固定支撐架包括橫梁、立柱、翼梁、三角支架和定滑輪，橫梁和翼梁固定在底臺(tái)上且兩者在底臺(tái)水平面內(nèi)相互垂直，以使所述固定支撐架穩(wěn)定固定在底臺(tái)上，在斜拉索振動(dòng)的情況下整個(gè)固定支撐架穩(wěn)定在底臺(tái)上，且不與底臺(tái)發(fā)生脫離；橫梁的頂端伸出底臺(tái)，且在伸出底臺(tái)的橫梁上等間距的設(shè)置有通孔，優(yōu)選圓形通孔；所述立柱設(shè)置在橫梁和翼梁的垂直交匯處，且與底臺(tái)水平面垂直，優(yōu)選加固支架設(shè)置在立柱、橫梁和翼梁的連接處，三角支架設(shè)置在立柱的中下部，定滑輪設(shè)置在立柱的中上部；
[0029]所述測力傳感器固定設(shè)置在固定支撐架的三角支架上；斜拉索的一端穿過定滑輪后與測力傳感器的測力接頭相連，斜拉索的另一端穿過橫梁的通孔后，與卡頭相連，所述卡頭與橫