基于节段模型试验的电涡流阻尼器、振动系统及试验方法

本发明涉及电涡流阻尼器，特别涉及一种基于节段模型试验的电涡流阻尼器、振动系统及试验方法。

背景技术：

1、在结构风工程领域中，通常利用风洞试验手段研究结构的风致振动响应性能和气动参数识别，其中，利用弹簧悬挂阶段模型进行耦合振动试验为主要研究手段。弹簧悬挂阶段模型主要使用阻尼器模拟实际结构的阻尼特性，通过调节振动系统的机械阻尼大小，探究阻尼对风致振动响应的影响规律。

2、在风洞试验中，常用的阻尼器可根据耗能机制的不同分为：摩擦性阻尼器、黏滞阻尼器及电磁阻尼器。摩擦性阻尼器靠钢铰线丝束的摩擦力产生阻尼，非线性特性显著；黏滞阻尼器可能对试验环境产生污染；电磁阻尼器永磁体磁场不均匀，调节方式比较复杂。

3、基于上述问题，亟需一种显著线性特性和调节方式简单的阻尼器，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于节段模型试验的电涡流阻尼器、振动系统及试验方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种基于节段模型试验的电涡流阻尼器、振动系统及试验方法，以解决线性特性不显著，电涡流阻尼器调节方式比较复杂的问题。

3、根据本发明第一方面的实施例，一种基于节段模型试验的电涡流阻尼器包括：电源接线柱、摆动吊盘、凹形铁骨架、第一磁导部件和第二磁导部件；

4、所述第一磁导部件与第二磁导部件对称且间距安装于凹形铁骨架中，所述第一磁导部件和第二磁导部件分别连接于凹形铁骨架的相对两内侧，所述第一磁导部件与第二磁导部件的间距形成有供所述摆动吊盘摆动的摆动空间，所述第一磁导部件和第二磁导部件结构相同，所述电源接线柱设置于凹形铁骨架上，所述电源接线柱与直流电源连接；

5、通过所述电源接线柱，第一磁导部件通电和第二磁导部件通电，并在所述摆动空间中产生均匀磁场，所述摆动吊盘用于在所述均匀磁场中做切割磁感线运动。

6、进一步，所述第一磁导部件包括：线圈、第一圆环片、第二圆环片、铝连接件和磁导柱；

7、所述磁导柱为圆柱，所述第一圆环片与第二圆环片分别对称套接于磁导柱的两侧面，第一圆环片的内径和第二圆环片的内径均与磁导柱的两侧面的直径相等，第一圆环片通过铝连接件与第二圆环片连接，所述线圈卷绕于磁导柱上，所述磁导柱的一侧面和第一圆环片均与凹形铁骨架连接，磁导柱的另一侧面和第二圆环片均与第二磁导部件相对。

8、进一步，所述摆动吊盘包括：固定螺栓、伸缩吊杆和金属薄盘；

9、所述伸缩吊杆的一端通过固定螺栓与金属薄盘连接，所述金属薄盘为圆形。

10、进一步，所述线圈的线径为1mm，匝数为1140匝。

11、根据本发明第二方面的实施例，利用本发明第一方面的实施例中的一种基于节段模型试验的电涡流阻尼器，一种基于节段模型试验的振动系统包括：节段模型、风冷装置、升降平台和振动单元；

12、所述节段模型的两端对称安装所述电涡流阻尼器、振动单元和升降平台，所述升降平台用于固定所述电涡流阻尼器，调节电涡流阻尼器至振动单元的距离，所述振动单元与电涡流阻尼器连接，所述风冷装置用于对所述电涡流阻尼器中的第一磁导部件和第二磁导部件降温；

13、所述振动单元包括：横向弹簧挂板、吊臂、竖向弹簧、横向弹簧、轮毂和连接块；

14、所述吊臂对称安装于节段模型两端，吊臂的两端与横向弹簧挂板的中央连接，吊臂的端部的上方和端部的下方均与竖向弹簧连接，所述横向弹簧的一端与横向弹簧挂板的端部连接，所述横向弹簧的另一端与轮毂连接，所述电涡流阻尼器中的摆动吊盘的另一端通过连接块与吊臂连接，所述连接块的一端与吊臂转动连接，且与轮毂固定连接，所述连接块的另一端与节段模型连接。

15、进一步，所述风冷装置包括：绝缘板盖、绝缘管道、管道转接头、风管和管道风扇；

16、所述绝缘板盖罩盖所述电涡流阻尼器中第一磁导部件的侧壁和第二磁导部件的侧壁，绝缘板盖与绝缘管道连通，所述管道转接头的一端与绝缘管道连通，管道转接头的另一端与风管连通，所述管道风扇与风管连通；

17、所述管道风扇用于产生气流，气流依次流经风管、管道转接头和绝缘管道，以实现对所述电涡流阻尼器降温。

18、根据本发明第三方面的实施例，利用本发明第二方面的实施例中的一种基于节段模型试验的振动系统，一种基于振动系统的试验方法包括：

19、输入直流电源至电涡流阻尼器，竖向激励或者扭转激励节段模型，所述电涡流阻尼器的摆动吊盘做切割磁感线运动；

20、获取所述直流电源的电流参数i和电涡流阻尼器的结构参数，计算得到均匀磁场的磁场强度b，

21、，

22、其中，μ0为真空磁导率，n为线圈匝数，r为导体电阻，r为电涡流阻尼器中金属薄盘的半径；

23、获取所述摆动吊盘中金属薄盘的运动参数，并根据磁场强度b和节段模型受到的激励，构建所述电流参数i与阻尼比的关系式；

24、确定目标阻尼比，根据所述关系式，调节所述电流参数i。

25、进一步，当竖向激励节段模型时，所述电流参数i与阻尼比的关系式的构建过程包括：

26、确定所述电涡流阻尼器产生均匀磁场的区域，根据所述区域，确定所述金属薄盘的导体微元参数，获取金属薄盘在竖直方向上的速度参数，并根据导体微元参数和磁场强度b，计算竖向阻尼力fy；

27、利用磁场强度b和竖向阻尼力fy，根据竖向阻尼系数公式构建电流参数i与竖向阻尼比的关系式：

28、，

29、其中，m为节段模型的竖向等效质量，ωv为节段模型的竖向激励的圆频率，ρ、w为导体微元参数。

30、进一步，当扭转激励节段模型时，所述电流参数i与阻尼比的关系式的构建过程包括：

31、确定所述电涡流阻尼器产生均匀磁场的区域，根据所述区域，确定所述金属薄盘的导体微元参数；

32、获取所述金属薄盘的扭转角速度、摆动吊盘中伸缩吊杆的一端偏离吊臂中心的第一距离l1和金属薄盘的中心点偏离吊臂中心的第二距离l2，并计算金属薄盘的速度参数；

33、根据所述导体微元参数、速度参数和磁场强度b，计算金属薄盘受到的扭矩力mα，并根据扭转阻尼系数公式构建电流参数i与扭转阻尼比的关系式：

34、，

35、其中，j为节段模型的等效转动惯量，ωα为节段模型的扭转激励的圆频率。

36、进一步，所述的一种基于振动系统的试验方法还包括：

37、当所述节段模型同时竖向激励和扭转激励时，确定目标竖向阻尼比调节电流参数i；

38、调节所述电流参数i后，确定目标扭转阻尼比调节第一距离l1和第二距离l2。

39、本发明的有益效果是：通过对称且间距设置第一磁导部件和第二磁导部件，形成了一个能让摆动吊盘充足摆动的摆动空间，并对两者进行通电，通过大小相等和方向一致的电流，两者之间产生一个均匀磁场，摆动吊盘做切割磁感线运动，阻尼力与摆动吊盘的速度线性相关。并且可以通过调节直流电源中的电流大小，从而改变摆动吊盘受到的阻尼力。与现有技术相比，本电涡流阻尼器线性特性显著，通过摆动吊盘的速度和电流大小，确定阻尼力；结构简单稳固，对试验环境影响小，摆动吊盘不会与其他结构部件接触；磁场均匀，调节方式简单，只需调节输入的直流电源的电流大小，减少直接接触磁导结构的调节方法，防止额外添加的外界影响因素，减少试验误差，弱化非线性机制的影响，使用方便，保障风洞试验中的节段模型试验的顺利开展。