专利名称：大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法
技术领域：
本发明涉及到薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作工艺，适用于大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作。
背景技术：
薄壳结构属于空间受力结构，能将垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，主要承受曲面内的轴向压力而弯矩很少，受力比较合理，材料强度能得到充分利用，以较轻的结构自重、较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度和大空间。举世闻名的悉尼歌剧院就是典型的薄壳建筑，我国北京人民大会堂、北京火车站大厅、发电厂大型冷却塔等诸多大跨或大空间建筑都属于薄壳结构，其外形一般都有一个由一条平面曲线绕同一平面内的一条直线旋转而成的曲面，这条曲线称为母线，薄壳按母线的不同可分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，统称为旋转壳。此类结构一般属于柔性结构，相对于地震荷载和温度效应而言，其对风荷载更为敏感，是此类壳体结构设计的控制性荷载。 该类结构具有很强的气动弹性效应，已有研究表明其共振应力随风速增长的速度远大于准静态应力的增长速度，其在风荷载作用下的气动力或响应需要通过气动弹性模型的风洞试验来获得。结构在风荷载作用下的气动力或响应可以通过节段模型、等效模型和完全弹性模型测量获得，节段模型只考察结构的一部分，适用于研究绕流二维性较强的建筑结构(如大跨度桥梁)；等效模型内部用具有一定质量和刚度的材料来模拟结构的刚度和质量特征，外部用较轻薄膜材料来模拟结构外形，但这类模型质量、刚度分布不连续，模型结构内力分布与真实结构完全不同，仅对于研究某阶振型占主导地位的结构有效；完全气弹模型在几何尺度上与实物比例完全一样，并且能够满足反映原型结构特性的相似参数(质量、 刚度、阻尼)，模型测量所得的无量纲系数可以直接应用到与试验条件相对应的原型结构。 对于薄壳结构，其绕流和振型呈现很强的三维特征，从理论上说，完全弹性模型最适合用来研究它的风致振动情况。但该类模型制作相当不易，主要体现在很难找到满足一定的密度和刚度要求的合适材料；薄壳结构一般体型巨大但壁厚很小，按常用的试验几何缩尺比，模型的最薄处将小于1mm，若模型制作采用整体切割完成，其厚度、外形很难控制；若采用外、 内模具来控制其几何尺寸，但由于模具的尺寸很大，其机械加工的难度仍然很大，且精度也难以控制。因此，目前的现有技术大都采用等效模型来评估薄壳结构的气弹响应。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对目前采用等效模型来研究薄壳结构的风致振动并不能真实反映结构的风致响应，以及使用外、内模具制作完全气弹模型难度大、精度不易控制等问题，提供一种大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法，它是只需要内模的薄壳结构风洞试验完全弹性模型制作工艺，制得的模型能真实反映结构的风致响应，模型精度易于控制。
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为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，所述大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法的步骤为(1)设置薄壳结构的内模模具，在该模具外表面固定多条相互平行且为环形的薄壳厚度控制条，薄壳厚度控制条的高度为该薄壳厚度控制条在模具外表面被固定位置处的模型厚度；每相邻两条薄壳厚度控制条之间留有间距；(2)把胶体材料浇注在每相邻两条薄壳厚度控制条之间，胶体材料浇注厚度等于所述相邻厚度控制条的高度；(3)待浇注在所述每相邻两条薄壳厚度控制条之间的胶体材料凝固成型后，拆掉所述厚度控制条；再在原厚度控制条位置处浇注胶体材料，胶体材料浇注厚度等于其两旁已浇注完毕并已凝固成型的胶体材料高度，胶体材料凝固成型后，即完成薄壳结构模型的成型；(4)脱模，即得。以下对本发明做出进一步说明。进一步地，如图1所示，将所述薄壳结构的内模模具设置为上模具与下模具，按前述步骤(1) (2) (3)完成该上模具和下模具上的薄壳结构的成型后，将所述上模具与下模具用紧固件栓接，再在上模具与下模具的结合部位浇注胶体材料，从而完成模型整体连接；模型脱模时，卸下紧固件，将上模具往上取出，然后顺着下模具往上取出整个模型，完成模型整体脱模，完全气弹模型制作完成。所述薄壳厚度控制条的高度为凸出内模模具表面的高度，也就是图1中薄壳厚度控制条的条体在内模模具径向(水平方向)的尺寸大小。所用可固化胶体材料能够满足完全气弹模型制作的密度要求，模型制作工艺只需要制作一个内模模具；可以通过厚度控制条的厚度来控制模型壁厚，精度可达0. 1mm。由以上可知，本发明为一种大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法，它的积极效果有(1)采用的可固化胶体材料能够满足完全气弹模型制作的密度要求，从而直接实现了质量分布相似要求，刚度相似要求由胶体材料固化后弹性模量和其它相似条件调节试验风速比实现，且该材料流动性及粘性很好，适合用于模型的浇注与拼接；(2)只需要制作一个内模模具，与同时制作外、内两个模具相比，不仅模具制作简单，精度也更容易保证；(3)将模具与模型在几何尺寸最小处分为两段，分段浇注完模型后将模具栓接再通过浇注接缝实现模型整体连接，之后首先从模型内部取出一段模具，最后实现模型整体脱模；(4)通过厚度控制条来控制模型壁厚，且可以通过减小厚度控制条宽度及其之间的间距来提高模型厚度沿高度变化的精度；(5)所制作的模型是胶体浇注而成的整体，因此阻尼比较低，可满足试验要求。
图1是本发明一种实施例的两段内模结构示意图。在图中
1-上模具， 2-螺杆，3-螺母，4-下模具， 5-厚度控制条， 6-底座。
具体实施例方式实施例1所述大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法的步骤为(1)设置薄壳结构的内模模具，在该模具外表面固定多条相互平行且为环形的薄壳厚度控制条，薄壳厚度控制条的高度为该薄壳厚度控制条在模具外表面被固定位置处的模型厚度；每相邻两条薄壳厚度控制条之间留有间距；(2)把胶体材料浇注在每相邻两条薄壳厚度控制条之间，胶体材料浇注厚度等于所述相邻厚度控制条的高度；(3)待浇注在所述每相邻两条薄壳厚度控制条之间的胶体材料凝固成型后，拆掉所述厚度控制条；再在原厚度控制条位置处浇注胶体材料，胶体材料浇注厚度等于其两旁已浇注完毕并已凝固成型的胶体材料高度，胶体材料凝固成型后，即完成薄壳结构模型的成型；(4)脱模，即得。进一步地，如图1所示，将所述薄壳结构的内模模具设置为上模具与下模具，按前述步骤(1) (2) (3)完成该上模具和下模具上的薄壳结构的成型后，将所述上模具与下模具用紧固件栓接，再在上模具与下模具的结合部位浇注胶体材料，从而完成模型整体连接；模型脱模时，卸下紧固件，将上模具往上取出，然后顺着下模具往上取出整个模型，完成模型整体脱模，完全气弹模型制作完成。所用胶体材料没有特别要求，例如可采用一种密度与混凝土接近的环氧树脂—— 得复康(DEVCON)或类似产品均可；得复康(DEVCON)为市售产品，该市售产品可以从网址 http://www.itwppfchina.com/product l.php ？ parent id_8.html 或 http://www. devcon. com/获得购买渠道它能够满足风洞试验完全气弹模型制作的密度要求，从而肓接实现了质量分布相似要求，刚度相似由胶体材料固化后弹性模量和其它相似条件调节试验风速比实现，且该材料流动性及粘性很好，适用于模型浇注与拼接。对于模型壁厚(模型壁厚指模型半径方向壁厚尺寸)精度控制制作完全气弹模型所需的内模模具，在模具表面环向固定若干薄壳厚度控制条，厚度控制条由ABS板制成， 其宽度根据模型外形复杂程度及模型厚度沿高度变化的精度要求而定(没有特别要求)， 厚度等于其固定位置处模型壁厚，厚度控制条的精度可达0. 1mm，两厚度控制条之间留有一定的间距(该间距没有特别要求，一般来说，厚度控制条的宽度和间距越小，模型的精度越高)；把胶体材料浇注在两根厚度控制条之间，待胶体材料凝固成型后再拆掉厚度控制条， 再在原厚度控制条的位置处浇注胶体材料，直至模型整体浇注完成，最后脱模，模型制作完成。由于制作的模型是胶体浇注而成的整体，因此阻尼比较低，可满足试验要求。实施例2 —种薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法，如图1所示，以发电厂双曲冷却塔为例，双曲冷却塔在喉部位置直径及厚度最小，为使薄壳模型整体脱模，在喉部位置将内模模具分为上模具1与下模具4两段，为保护模型在模具着地时不受损害，在下模具4下面装有底座6以延长模具；在所述两段模具外表面环向固定若干薄壳厚度控制条5， 厚度控制条由ABS板制成，其宽度(高度方向尺寸)根据模型外形复杂程度及模型厚度沿高度变化的精度要求而定，厚度(半径方向尺寸)等于其固定位置处模型壁厚，厚度控制条之间留有一定间距，把胶体材料浇注在两根控制条之间，浇注厚度等于其相邻厚度控制条5 的高度；待浇注在控制条之间的胶体材料凝固成型后，拆掉厚度控制条5，再在原厚度控制条5位置处浇注胶体材料，浇注厚度等于其两旁已浇注完毕的控制条间距高度；待上模具 1与下模具4外表面全部浇注完毕，即形成上、下两段薄壳模型，将所述两段模具用紧固件， 即螺杆2与螺母3栓接，再浇注薄壳模型上半部与下半部的衔接处，从而完成模型整体连接；模型脱模时，卸下螺杆2与螺母3，将上模具1往上取出，然后顺着下模具4往上取出整个模型，完成模型整体脱模，至此完全气弹模型制作完成。 当所述厚度控制条5宽度及其之间的间距越小，模型厚度沿高度变化的精度越
尚ο
权利要求
1.一种大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法，其特征是，它的步骤为(1)设置薄壳结构的内模模具，在该模具外表面固定多条相互平行且为环形的薄壳厚度控制条，薄壳厚度控制条的高度为该薄壳厚度控制条在模具外表面被固定位置处的模型厚度；每相邻两条薄壳厚度控制条之间留有间距；(2)把胶体材料浇注在每相邻两条薄壳厚度控制条之间，胶体材料浇注厚度等于所述相邻厚度控制条的高度；(3)待浇注在所述每相邻两条薄壳厚度控制条之间的胶体材料凝固成型后，拆掉所述厚度控制条；再在原厚度控制条位置处浇注胶体材料，胶体材料浇注厚度等于其两旁已浇注完毕并已凝固成型的胶体材料高度，胶体材料凝固成型后，即完成薄壳结构模型的成型；(4)脱模，即得。
2.根据权利要求1所述大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法，其特征是，将所述薄壳结构的内模模具设置为上模具与下模具，按所述步骤(1) (2) (3)完成该上模具和下模具上的薄壳结构模型的成型后，将所述上模具与下模具用紧固件栓接，再在上模具与下模具的结合部位浇注胶体材料，从而完成模型整体连接；模型脱模时，卸下紧固件，将上模具往上取出，然后顺着下模具往上取出整个模型，完成模型整体脱模，完全气弹模型制作完成。
全文摘要
一种大型薄壳结构风洞试验完全气弹模型制作方法，步骤为(1)设置内模模具，在模具外表面固定多条相互平行且为环形的薄壳厚度控制条；每相邻两条薄壳厚度控制条之间留有间距；(2)把胶体材料浇注在每相邻两条薄壳厚度控制条之间，胶体材料浇注厚度等于所述相邻厚度控制条的高度；(3)待浇注在所述每相邻两条薄壳厚度控制条之间的胶体材料凝固成型后，拆掉所述厚度控制条；再在原厚度控制条位置处浇注胶体材料，胶体材料凝固成型后，即完成薄壳结构模型的成型。它只需制作内模，制得的模型能真实反映结构的风致响应，模型精度易于控制。
文档编号B29C41/52GK102205585SQ20111000220
公开日2011年10月5日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者汪志昊, 牛华伟, 邹云峰, 陈政清 申请人:湖南大学