專利名稱：一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型的制作方法
技術領域：
一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型本實用新型涉及物理試驗模型技術領域，具體的說是一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型。大型冷卻塔作為一種空間薄壁高聳結(jié)構，設計中風和地震荷載是一個重要的控制因素，風和地震激勵作用下的安全性歷來受到工程界的高度重視。近年來隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，在許多地區(qū)超大型、高密度布置冷卻塔群不斷興建，冷卻塔群塔干擾及風振效應非常突出，對于冷卻塔抗振動設計提出了更高的要求。自上世紀70年代起，Isyumov和Armitt基于早期冷卻塔彈性模型風洞試驗，指出冷卻塔在風荷載作用下的動態(tài)應力和靜態(tài)應力具有相同的量級，且共振應力按風速的4次方增長，遠遠高于準靜態(tài)應力的增長速度，表明冷卻塔風振響應效應不容忽略。常用冷卻塔風洞試驗方法，如表面同步測壓和基底高頻天平測力，無法直接獲得冷卻塔風振響應情況。由同步測壓試驗表面氣動力時間歷程計算冷卻塔風振響應動力放大系數(shù)亦存在難于描述與運動形態(tài)相關自激氣動力等問題。雙曲面冷卻塔屬于典型的薄殼結(jié)構(最小壁厚約250mm),振型復雜,風荷載作用敏感性較強。鑒于冷卻塔氣彈模型設計和加工的難度，國內(nèi)外實際采用的冷卻塔氣彈模型在物理參數(shù)和氣動力參數(shù)相似比模擬等方面均存在不足，一定程度上限制了冷卻塔物理模型風洞試驗結(jié)果的工程應用。本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術的不足，采用等效空間網(wǎng)格法設計的空間柔性結(jié)構等效振動彈性模型，在結(jié)構振動試驗中更能真實地模擬連續(xù)殼體結(jié)構動力特性，可直接測量結(jié)構在強風和地震等隨即荷載激勵下的位移和加速度響應，解決傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)模型軸向剛度與彎扭剛度縮尺比模擬不協(xié)調(diào)的問題，并在適當改變氣動外形粗糙度基礎上，能近似的模擬連續(xù)殼筒體結(jié)構高雷諾數(shù)下的風壓繞流特性。為實現(xiàn)上述目的，設計一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，包括環(huán)基、人字柱、連續(xù)殼塔筒、剛性環(huán)、塔頂，其特征在于所述的塔頂設有剛性環(huán)，所述的連續(xù)殼塔筒為空間縱橫垂直交叉桁梁網(wǎng)狀結(jié)構，連續(xù)殼塔筒底部設有環(huán)基，環(huán)基通過若干個人字柱與底座連接。所述的連續(xù)殼塔筒采用有限元網(wǎng)格劃分，環(huán)向和子午向均采用有限個離散整數(shù)單
J Li o所述連續(xù)殼塔筒的局部由一定寬度的鋼條垂直交叉連接成網(wǎng)狀結(jié)構。所述的雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型縮尺比范圍為I : 600至I : 20。所述的雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型內(nèi)設有若干個質(zhì)量塊，所述的質(zhì)量塊采用螺栓對稱固定在雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型內(nèi)壁。連續(xù)殼塔筒外表面設有外部蒙皮，所述的蒙皮采用彈性輕質(zhì)或具有特定結(jié)構構造要求材料制成。[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點一、避免了傳統(tǒng)振動彈性模型兩類剛度不協(xié)調(diào)的問題。本實用新型局部位置處的正交桁梁單元厚度和寬度均可自由調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了多參數(shù)調(diào)整振動彈性模型軸向剛度與彎、扭剛度兩類剛度縮尺關系。二、極大地提高了冷卻塔在外部荷載激勵試驗分析精度。 本實用新型能同時滿足構件的縮尺要求，近似地模擬雙曲薄殼冷卻塔動力特性，更真實地反映雙曲薄殼冷卻塔在強風和地震等隨即荷載激勵下的位移和加速度響應。三、實用性強。圖I是本實用新型的主視圖；圖2是本實用新型的仰視圖；圖3是本實用新型的剖視圖；圖4是本實用新型連續(xù)殼塔筒局部示意圖；圖5是本實用新型連續(xù)殼塔筒上設有質(zhì)量塊局部示意圖；圖6是本實用新型質(zhì)量塊立體圖；圖7是本實用新型質(zhì)量塊俯視圖；圖中I.剛性環(huán)2.連續(xù)殼塔筒3.人字柱4.環(huán)基5.底座[具體實施方式
]結(jié)合附圖
對本實用新型作進一步說明，這種裝置的制造技術對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。參見圖I、圖2，本實用新型包括環(huán)基、人字柱、連續(xù)殼塔筒、剛性環(huán)、塔頂，其特征在于所述的塔頂設有剛性環(huán)，所述的連續(xù)殼塔筒為空間縱橫垂直交叉桁梁網(wǎng)狀結(jié)構，連續(xù)殼塔筒底部設有環(huán)基，環(huán)基通過若干個人字柱與底座連接。所述連續(xù)殼塔筒的局部由一定寬度的鋼條垂直交叉連接成網(wǎng)狀結(jié)構。參見圖3-圖7，雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型內(nèi)設有若干個質(zhì)量塊，所述的質(zhì)量塊采用螺栓對稱固定在雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型內(nèi)壁。本實用新型設計步驟如下步驟I :冷卻塔連續(xù)殼塔筒殼單元精細化建模，對本例子午向殼單元數(shù)目M =132,環(huán)向殼單元數(shù)目N = 144 ；步驟2 :由動力特性等效原則,簡化冷卻塔殼單元模型,本例m = 13,以=36 ; 步驟3 :空間梁單元建模，子午向梁單元數(shù)目為m，環(huán)向梁單元數(shù)目為n，最大可調(diào)節(jié)單元尺寸數(shù)為2(2m+l)n = 1944，考慮到冷卻塔結(jié)構的環(huán)向?qū)ΨQ性，簡化為子午向厚度和寬度變量為Dvot. i，Wver. i(i = 1，m)環(huán)向厚度和寬度變量為D&.j，Wci, j (j = 1，m+1)，變量數(shù)目縮減為4m+2 = 54 ；步驟4:考慮模型方便加工性能，子午向梁格單元采用通長等厚度構件，簡化為單一變量Xtl，由冷卻塔筒體抗彎剛度和軸向剛度縮尺要求，計算筒體不同高度單位尺寸抗彎和軸向縮尺剛度常量矩陣Cbmding, p CaxiaUa = 1，m)。假定冷卻塔模型構件尺寸與縮尺剛度滿足線性組合條件
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權利要求1.一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，包括環(huán)基、人字柱、連續(xù)殼塔筒、剛性環(huán)、塔頂，其特征在于所述的塔頂設有剛性環(huán)，所述的連續(xù)殼塔筒為空間縱橫垂直交叉桁梁網(wǎng)狀結(jié)構，連續(xù)殼塔筒底部設有環(huán)基，環(huán)基通過若干個人字柱與底座連接。
2.如權利要求I所述的一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，其特征在于所述的連續(xù)殼塔筒采用有限元網(wǎng)格劃分，環(huán)向和子午向均采用有限個離散整數(shù)單元。
3.如權利要求I所述的一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，其特征在于所述連續(xù)殼塔筒的局部由一定寬度的鋼條垂直交叉連接成網(wǎng)狀結(jié)構。
4.如權利要求I所述的一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，其特征在于所述的雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型縮尺比范圍為I :600至I :20。
5.如權利要求I所述的一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，其特征在于所述的雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型內(nèi)設有若干個質(zhì)量塊，所述的質(zhì)量塊采用螺栓對稱固定在雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型內(nèi)壁。
6.如權利要求I所述的一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，其特征在于所述的連續(xù)殼塔筒外表面設有外部蒙皮，所述的蒙皮采用彈性輕質(zhì)或具有特定結(jié)構構造要求材料制成。
專利摘要本實用新型涉及物理試驗模型技術領域，具體的說是一種雙曲薄殼冷卻塔物理試驗模型，包括環(huán)基、人字柱、連續(xù)殼塔筒、剛性環(huán)、塔頂，其特征在于所述的塔頂設有剛性環(huán)，所述的連續(xù)殼塔筒為空間縱橫垂直交叉桁梁網(wǎng)狀結(jié)構，連續(xù)殼塔筒底部設有環(huán)基，環(huán)基通過若干個人字柱與底座連接。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點避免了傳統(tǒng)振動彈性模型兩類剛度不協(xié)調(diào)的問題；極大地提高了冷卻塔強風或地震所致的試驗分析精度；實用性強。
文檔編號G09B25/00GK202549150SQ20122003796
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權日2012年2月7日
發(fā)明者葛耀君, 趙林 申請人:葛耀君, 趙林