结构实验技术讲稿结构模型设计.ppt

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结构试验技术
Structural Testing Technology

陈再现副教授、博士
上课了!!!
第二章结构模型设计
模型试验是仿照原型结构按一定相似关系复制而成的代表物,通过对模型试验所获得数据和结果,可以推算到相应的原型结构上去。通常都是缩尺的,但也有少数是将原型结构按比例放大的。
目前,模型试验方法在流体力学、空气动力学领域应用广泛。
概述
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模型试验优点
1、经济性好
由于模型结构的几何尺寸小,因此试件的制作容易,拆装方便,节省材料、劳力和时间。在荷载方面尤为突出,在一般常用的相似条件下,集中荷载的减少与几何尺寸的缩小成平方关系。若原型结构上作用着100 kN的集中荷载,一个缩尺比为1/20的模型需施加的集中荷载?
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2、针对性强
结构模型试验可以根据试验的目的,突出主要设计因素,简略次要因素,并改变其某些主要因素进行多个模型的对比试验。这对于结构性能的研究,新型结构的设计,结构理论的验证和推动新的计算理论的发展都具有一定的意义。
3、数据准确
由于试验模型小,一般可在试验技术条件和环境条件均较好的室内进行试验,因此可以严格控制其主要测试参数,避免外界因素的干扰,保证试验结果的准确度。
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概述
飞机模型风洞试验
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目前,模型设计方法在土木工程领域应用还处于初步阶段。这是由于土木工程材料离散性比较大,严格相似很难满足,因此多采用近似相似模型—缩尺模型,缩尺模型多采用几何相似模型,按照设计规范的要求设计并制作模型,主要为了验证设计理论、材料或工艺性能或结构设计所需的参数;同时也可以验证有限元模型的正确与否。
概述
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相似理论是研究自然界相似现象的性质和鉴别相似现象的基本原理。相似理论是模型试验的基础。
进行结构模型试验的目的是试图从模型试验的结果分析预测原型结构的性能,相似理论将模型结构和原型结构联系起来。
模型设计相似理论
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一、相似常数
在相似系统中,各相同物理量之比称为相似常数,相似系数或相似比。
表征
结构
模型
试验
的物
理量
描述质量分布的
如质量、密度等
描述荷载特征的
集中荷载、线荷载、面荷载、弯矩等
描述几何形状的
如长度、面积、截面抵抗矩等
几何
相似
质量
相似
荷载
相似
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一、相似常数
描述时间特性的
如时间等
描述物理特性的
如应力、应变、泊松比、刚度等
描述边界条件的
如支撑条件、约束情况等
表征
结构
模型
试验
的物
理量
物理
相似
时间
相似
边界
条件
相似
描述初始条件的
如初始位移、速度、加速度等
初始
条件
相似
边界条件相似是模型试验中一个非常重要的相似性要求。在结构试验中,边界条件分为位移边界条件和力边界条件。边界条件相似要求模型结构在边界上受到的位移约束以及支座反力与原型结构相似。
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在国际单位制中,规定了若干物理量单位为基本单位,即长度用米,时间用秒,力用牛顿(质量用千克),温度用开尔文,电流用安培。在相似模型中,以上5个物理量的相似常数称为基本相似常数。除这5个基本相似常数外,其他相似常数称为导出相似常数。例如,速度的相似常数可用长度相似常数和时间相似常数表示。
结构静力模型涉及长度和力2个基本物理量,结构动力模型涉及长度、力和时间3个基本物理量。
一、相似常数
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