專利名稱：一種復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬試驗(yàn)研究領(lǐng)域，主要提出一種復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模 擬試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對復(fù)合材料的性能逐步認(rèn)可，各種類型的復(fù)合材料不斷在國民經(jīng) 濟(jì)的各個領(lǐng)域得到應(yīng)用，這其中就包括煙囪、電線桿和天線等錐管結(jié)構(gòu)復(fù)合材 料制品，該制品普遍采用錐管結(jié)構(gòu)，其長度從一、二米到一百多米，對制品自 重和一定風(fēng)速下的撓度及破壞情況都有較高的技術(shù)要求。
長期以來風(fēng)載荷試驗(yàn)通常是在風(fēng)洞中進(jìn)行的，風(fēng)洞試驗(yàn)成本高、周期長， 不利于帝臨在研制過程中對周期和成本的控制，另夕卜對這些安全系數(shù)取值較大 的制品，也沒有必要在風(fēng)洞中進(jìn)行十分精確的撓度試驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即是提出一種復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)方法，用于替 代傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)，解決煙囪、電線桿和天線等復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷撓度 模擬試驗(yàn)問題，并使該方法具有操作簡單、試驗(yàn)周期短、成本低和可靠性高的特點(diǎn)。
本發(fā)明所提出的方法為
1、 首先得出錐管結(jié)構(gòu)上梯形載荷的分布，即提出直徑為d的圓在風(fēng)場中載
荷《z^"kN/m，并將錐管結(jié)構(gòu)兩端的外徑大小帶入，即得到錐管結(jié)構(gòu)上梯形 ， 6400
載荷的分布；這是由錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷受力計(jì)算，風(fēng)場中物體正面受到的風(fēng)壓與 風(fēng)速之間的關(guān)系P^2/1600kPa，其中，P為物體正面所受風(fēng)壓，v為風(fēng)速。
2、 確定集中載荷的加載位置
集中載荷的加載按下MM種方式迸行I .錐管結(jié)構(gòu)小于5m時，實(shí)膨點(diǎn)集中載荷加載，加載位置為距離錐管結(jié)構(gòu)固定端的f ，,和丄處，Z為錐管結(jié)構(gòu)
的長度；II.錐管結(jié)構(gòu)長度大于等于5m時，集中載荷采用間隔2 3m的等距加 載方式，對于長度較大的制品，施加集中載荷的間隔也可更大。
3、 確定集中載荷
當(dāng)錐管結(jié)構(gòu)采用n個加載點(diǎn)時，每個加載點(diǎn)距離固定端的長度分別為A ， A，…，Z ，其相應(yīng)的集中載荷《，F(xiàn)2，…，i^可由下列方程確定，
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，MO)=《隨S X)-《咖;^ X(Z - X)2 - ^Y^"'"(丄_勾3
其中，qmax為錐管結(jié)構(gòu)底部的載荷，qmin為錐管結(jié)構(gòu)頂部的載荷。
4、 錐管結(jié)構(gòu)撓度測試基準(zhǔn)校平
基準(zhǔn)校平分以下兩步 一是錐管結(jié)構(gòu)底座安裝基準(zhǔn)校平，二是測試基準(zhǔn)校平。
5、 撓度測試
按照上述計(jì)算載荷大小和加載部位施加載荷，并通過測試錐管結(jié)構(gòu)各點(diǎn)與 測試基準(zhǔn)位置變化得出各個部位的撓度值。
本發(fā)明采用施加多點(diǎn)局部載荷的方法來替代風(fēng)洞試驗(yàn)來測試錐管結(jié)構(gòu)在一 定風(fēng)速下的撓度，采用該方法操作簡單、試驗(yàn)周期短、成本低、結(jié)果可靠，不 僅能用于煙囪、電線桿和天線錐管結(jié)構(gòu)復(fù)合材料風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)，還可用于柱 形、梁形等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)，具有顯著的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。


附圖1為本發(fā)明電線桿風(fēng)載荷試驗(yàn)示意圖。
1、電線桿，2、測試基準(zhǔn)面，3、底座安裝基準(zhǔn)面，F(xiàn)l、 F2、 F3、施加載荷 大小，Wl、 W2、 W3、施加載荷位置。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
某復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)電線桿，長度為8m，頂部直徑為30mm，底部直徑為 150mm,風(fēng)速45m/s下的撓度測試。
① 該錐管結(jié)構(gòu)電線桿風(fēng)載荷受力計(jì)算
電線桿底部的載荷為l ,0:x452 -0.149kN/m
電線桿頂部的載荷為』=7rX = 452 =29.8N/m。
② 集中載荷加載位置的確定
依據(jù)技術(shù)方案確定的原則，該電線桿采用4點(diǎn)加載，各個加載點(diǎn)距離固 定端的位置分別為2m， 4m， 6m和8m。
③ 集中載荷的確定
2m， 4m， 6m和8m，對應(yīng)的集中載荷^;， F2 ， ^和^滿足下列方程 F!x2十6x4 + ^x6 + ^x8 = 2225 尸2乂2 + 4 +尸4乂6 = 1072.87V 7^2 + ^4><4 = 397.3^ F4 x2 = 79.57V
得至U，巧=238.4〃， F2 =178.87^， F3=119.2iV， F4 = 39.8iV 。
電線桿撓度測試基準(zhǔn)校平
基準(zhǔn)校平分以下兩步 一是電線桿ra安裝基準(zhǔn)校平，二是測試基準(zhǔn)校平。 ⑤撓度測試
按照上述計(jì)算載荷大小和加載部位施加載荷，加載方式參照以上示意圖， 測試電線桿各點(diǎn)與測試基準(zhǔn)位置變化來得出各個部位的撓度值。
其中施加載荷方式中如果錐管水平方j(luò)ta，可用懸掛重物的方式來實(shí)施加載，
如錐管垂直成其它角度放置，可用調(diào)節(jié)拉力計(jì)的方式，也可采用水平放置的方 式來實(shí)施加載，減去水平放置重力產(chǎn)生的撓度。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)方法，其特征是所述復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)方法為a、首先得出錐管結(jié)構(gòu)上梯形載荷的分布，即提出直徑為d的圓在風(fēng)場中載荷<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mfrac> <msup><mi>&pi;dv</mi><mn>2</mn> </msup> <mn>6400</mn></mfrac><mi>kN</mi><mo>/</mo><mi>m</mi><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100498492C00011.gif" wi="28" he="9" top= "70" left = "31" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->并將錐管結(jié)構(gòu)兩端的外徑大小帶入，即得到錐管結(jié)構(gòu)上梯形載荷的分布；這是由錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷受力計(jì)算，風(fēng)場中物體正面受到的風(fēng)壓與風(fēng)速之間的關(guān)系P＝v2/1600kPa，其中，P為物體正面所受風(fēng)壓，v為風(fēng)速；b、確定集中載荷的加載位置集中載荷的加載按下面兩種方式進(jìn)行I.錐管結(jié)構(gòu)小于5m時，實(shí)施3點(diǎn)集中載荷加載，加載位置為距離錐管結(jié)構(gòu)固定端的id="icf0002" file="S2008100498492C00012.gif" wi="15" he="8" top= "118" left = "26" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>和L處，L為錐管結(jié)構(gòu)的長度；II.錐管結(jié)構(gòu)長度大于等于5m時，集中載荷采用間隔2～3m的等距加載方式，對于長度較大的制品，施加集中載荷的間隔也可更大；c、確定集中載荷當(dāng)錐管結(jié)構(gòu)采用n個加載點(diǎn)時，每個加載點(diǎn)距離固定端的長度分別為L1，L2，…，Ln，其相應(yīng)的集中載荷F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n可由下列方程確定，F(xiàn)1×L1+F2×L2+Λ+Fn×Ln＝M(0)F2×(L2-L1)+Λ+Fn×(Ln-L1)＝M(L1)…Fn×(Ln-Ln-1)＝M(Ln-1)其中，
全文摘要
本發(fā)明屬于模擬試驗(yàn)研究領(lǐng)域。提出的一種復(fù)合材料錐管結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)方法為首先得出錐管結(jié)構(gòu)上梯形載荷的分布，確定集中載荷的加載位置，確定集中載荷，錐管結(jié)構(gòu)撓度測試基準(zhǔn)校平，進(jìn)行撓度測試。本發(fā)明采用施加多點(diǎn)局部載荷的方法來替代風(fēng)洞試驗(yàn)來測試錐管結(jié)構(gòu)在一定風(fēng)速下的撓度，采用該方法操作簡單、試驗(yàn)周期短、成本低、結(jié)果可靠，不僅能用于煙囪、電線桿和天線錐管結(jié)構(gòu)復(fù)合材料風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)，還可用于柱形、梁形等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷模擬試驗(yàn)，具有顯著的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G01M9/00GK101281089SQ200810049849
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者張興剛, 樊曉斌, 鄭勁東 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所