一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层建筑模型

1.本发明属于流体力学技术领域，尤其涉及一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层建筑模型。


背景技术：

2.目前的一般研究中，对瞬间开洞结构的研究诞生于1970年，由euteneuer提出，在随后的时间中渐渐开始了相关的风洞试验。为了更好的实现风洞试验，试验人员开始尝试采用一些方法来解决风洞试验中瞬间开洞的方式。
3.到目前为止，常见的瞬间开洞结构的装置通常有两种：
4.一、试验人员直接在风洞试验工作区，人为的用绳子将需要开洞部位对应的板子拉开，其方式是采用在制作模型时先开好洞口，然后准备好刚好能够封住洞口的板子，在板子上拴好绳子，在试验过程中，当需要开洞时，试验人员在风洞里面用力拉绳子，直接将板子拉掉，就可以模拟瞬间开洞模型。这种方法优点是结构极为简单，在低矮建筑使用非常广泛；缺点也比较明显，就是：
5.需要试验人员进入风洞工作区，在风洞内部拉绳子给板子拉开，由于需要进入风洞内部，在进行风洞实验时会因为在内部的人体，对实验产生干扰；并且是将板子向外部拉开，因此没法做到速度很快；
6.板子向外侧离开，还会影响模型前方的风场，进而影响试验中模型测压的精确度。
7.二、采用类似于相机快门的打开方式，将需要打开的板子缩到模型内部，采用此方式的优点是：
8.能够快速的将需要开洞部位打开；
9.操作简单，在制作过程中通过预埋电机，在外部采用遥控方式，打开电机后电机带动绳子，绳子拉动板子，将板子收缩在模型内部；
10.由于模型开洞部位的板子缩向模型内部，因此试验的精度更高；
11.但此类模型开洞方式普遍性更差，其缺点主要体现在：
12.模型开洞尺寸和开洞面大小比例有限制，由于模型开洞部位对应的板子缩到模型内部，因此需要保证有足够的位置放下开洞位子的板子；
13.在模型被打开后，会存在漏风现象，风会从缩板子的缝隙从模型的内部漏出；
14.模型制作复杂，在制作时模型要预先设置有电机，控制器等设备。
15.综上可知，现有技术中存在以下缺点：
16.结构主要针对开洞率较小的建筑；
17.由于设计缺陷导致对实验结果取得数据的影响较大；
18.模型瞬间开洞结构设计部分结构较为复杂，制作难度较大，制作成本较高。


技术实现要素：

19.本发明的目的在于：为了解决现有技术中模型瞬间开洞结构设计部分结构较为复
杂，制作难度较大，制作成本较高，且结构主要针对开洞率较小的建筑，由于设计缺陷导致对实验结果取得数据影响较大的问题，而提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层建筑模型。
20.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
21.一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层建筑模型，包括普通模块模型和开洞模块模型，所述普通模块模型和开洞模块模型之间以插接的方式组合后形成高层模型；
22.所述高层模型的壁体内预埋有空心钢针，所述空心钢针的端口处连通有软管，所述软管远离空心钢针的一端延伸至高层模型的最底端；
23.所述开洞模块模型的表面开设有洞口，并且开洞模块模型内侧对应洞口的位置处设置有两片门板，且两片门板的左右面均预埋有软磁贴，开洞模块的相对位置预埋有软磁贴，且开洞模块与门板的软磁贴相互吸合，防止腔体意外打开；所述门板靠近开洞模块模型内腔体的一面上固定连接有联动式绳索。
24.作为上述技术方案的进一步描述：
25.所述高层模型包括多块普通模块模型，且相邻两块普通模块模型之间互相连接，所述普通模块模型和开洞模块模型皆由abs板制作而成，且相邻两块abs板的相对面采用胶水粘接而成。
26.作为上述技术方案的进一步描述：
27.所述空心钢针预埋在abs板的壁体内，并且空心钢针的直径为1
㎜
，所述普通模块模型的长
×
宽
×
高为228.6mm
×
152.4mm
×
152.4mm，所述开洞模块模型的长
×
宽
×
高为228.6mm
×
152.4mm
×
304.8mm。
28.作为上述技术方案的进一步描述：
29.所述门板的侧端面通过第一弹簧合页与开洞模块模型的内部腔体转动连接，且两片门板在竖直方向上呈线性排列，两片门板的门缝之间安装软橡胶，类似于杯口封闭橡胶，避免腔体漏风。
30.作为上述技术方案的进一步描述：
31.所述普通模块模型和开洞模块模型腔体内壁的上下面均开设有穿行连接孔洞，且位于最上方的开洞模块模型顶部对应穿行连接孔洞的位置处设置有密封盖板。
32.作为上述技术方案的进一步描述：
33.所述普通模块模型之间以及普通模块模型与开洞模块模型之间均采用对接的方式连接，且相邻两块普通模块模型之间以及普通模块模型与开洞模块模型之间均设置有肋骨板。
34.作为上述技术方案的进一步描述：
35.所述肋骨板的侧端面上开设有对接式插接口，所述对接式插接口内分别插入式连接有对接式螺纹套筒和对接式螺丝钉，所述对接式螺纹套筒的端部固定连接在普通模块模型或开洞模块模型的侧端面上，并且对接式螺丝钉螺纹连接在对接式螺纹套筒的内螺纹面上。
36.作为上述技术方案的进一步描述：
37.所述联动式绳索远离门板的一端绕过定滑轮后缠绕连接在收卷辊的表面，所述收卷辊的辊轴上固定连接有联动齿轮，所述联动齿轮的侧方位设置有联动座，所述联动座靠
近联动齿轮的一面通过多个第二弹簧合页铰接有多个呈线性排列设置的单向驱动齿牙，所述单向驱动齿牙和联动齿轮的相对面互相啮合，所述联动座的顶部通过第一弹性支撑装置与开洞模块模型的内侧壁固定连接，所述联动座的底部与驱动式绳索的一端固定连接，所述驱动式绳索的另一端绕过支撑式动滑轮后延伸至高层模型的最底部。
38.作为上述技术方案的进一步描述：
39.所述驱动式绳索位于穿行连接孔洞内，所述支撑式动滑轮的表面通过第二弹性支撑装置与开洞模块模型的内侧壁固定连接，所述第二弹性支撑装置和第一弹性支撑装置的结构相同。
40.作为上述技术方案的进一步描述：
41.所述第一弹性支撑装置包括伸缩式外筒，所述伸缩式外筒的端部固定连接在联动座的端面上，所述伸缩式外筒的内部套接有伸缩式内轴，所述伸缩式内轴的一端通过支撑弹簧与伸缩式外筒内侧的端面固定连接，所述伸缩式内轴的另一端固定连接在开洞模块模型内侧的端面上，所述伸缩式内轴具有一定的弹性。
42.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
43.1、本发明中，高层模型以多块普通模块模型和开洞模块模型为基础，采用模块化设计，使洞口的开设位置能够按高度改变，方便组合，在制作高层模型时，能够通过只制作模型开洞部位对应模块来改变不同的洞口大小设计要求，进而不需要制作整个模型，节省了制作难度和成本，装置采用简单的机械结构传动装置，减少了工艺的复杂性，使模型简单易于制作，且更适用于高层结构的模型中，由于模型的开洞方式为向内侧开洞，在进行风洞试验时模型腔体产生的内部风压环境更贴合在大多数实验中，所制作的模型与所应对的实际建筑物，避免在台风或者强风作用下幕墙等结构突然遭到破坏。
44.2、本发明中，采用在模型内部安装软磁贴和联动式绳索的方式，在试验的过程中，人为的在风洞试验台下方，通过用力拉动驱动式绳索，从而实现模型的瞬间开洞，保证模型在未开洞时密不漏风，需要开洞时，又能在极短的时间内开洞，从而达到试验要求。
45.3、本发明中，在完成普通模块模型和开洞模块模型之间的对接后，将肋骨板挂接在装有对接式螺纹套筒上，接着以螺纹连接的方式，使用对接式螺丝钉进行紧固，有效提高了普通模块模型和开洞模块模型在完成对接后的稳定性，防止在做实验的过程中，高层模型被风吹倒，由于高层模型是测压试验，在高层模型内部会有很多的管线，管线从高层模型内部通过，从而可进一步提高高层模型的稳定性，便于后续的开洞操作。
46.4、本发明中，在拉动驱动式绳索时，受拉力作用联动座将会在竖直方向上向下于运动，并会带动伸缩式外筒在伸缩式内轴的表面进行相应的滑行动作，由于联动座与单向驱动齿牙之间是以第二弹簧合页作为两者之间的连接介质，因而在联动座下行且受到联动齿轮的阻力作用时，单向驱动齿牙将会通过第二弹簧合页自行发生翻转，且在脱离联动齿轮的作用时在第二弹簧合页内置弹簧弹力的作用下进行复位动作，在完成联动座的蓄力后，瞬间释放驱动式绳索，在在第一弹性支撑装置内置支撑弹簧复位弹力的作用下，伸缩式外筒将会带动联动座在伸缩式内轴的表面进行复位动作，利用单向驱动齿牙与联动齿轮两者之间的联动效应，进而便会驱动收卷辊对联动式绳索进行收卷动作，联动式绳索在被收卷的过程中将会产生拉扯力，直至将门板完全打开，且门板在开启后，利用单向驱动齿牙与联动齿轮之间的卡合关系，有效保证了门板在开启后的稳定性，当需要关闭门板时，只需再
次拉动驱动式绳索，并改变力的传输角度，使联动座通过伸缩式内轴发生弯曲并使单向驱动齿牙脱离联动齿轮，在第一弹簧合页的作用下，门板自动且快速进行闭合动作，反应速度快捷，且灵敏度高。
附图说明
47.图1为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型的整体结构示意图；
48.图2为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中门板的结构示意图；
49.图3为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中普通模块模型的结构示意图；
50.图4为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中肋骨板的结构示意图；
51.图5为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中a处放大的结构示意图；
52.图6为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型的立体结构示意图；
53.图7为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型的拆分结构示意图；
54.图8为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型的内部结构示意图；
55.图9为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型俯视的剖面结构示意图；
56.图10为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型门板的驱动结构示意图；
57.图11为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中联动座的结构示意图；
58.图12为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中b处放大的结构示意图；
59.图13为本发明提出的一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型中联动式绳索的联动结构示意图。
60.图例说明：
61.1、普通模块模型；2、开洞模块模型；3、第一弹簧合页；4、门板；5、软磁贴；6、洞口；7、对接式螺纹套筒；8、肋骨板；9、定滑轮；10、联动式绳索；11、对接式插接口；12、对接式螺丝钉；13、收卷辊；14、第二弹性支撑装置；15、联动齿轮；16、单向驱动齿牙；17、第二弹簧合页；18、联动座；19、第一弹性支撑装置；191、伸缩式外筒；192、伸缩式内轴；193、支撑弹簧；20、驱动式绳索；21、支撑式动滑轮。
具体实施方式
62.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
63.本发明提供一种技术方案：一种基于风洞试验实现瞬间开洞的高层模型，包括普通模块模型1和开洞模块模型2，普通模块模型1和开洞模块模型2之间以插接的方式组合后形成高层模型；组合模型的原因是可以使开洞模块任意组合，在不同高度上排列，增加开洞工况。例如将开洞模块模型2放在从上向下数的第二层，四个普通模块模型1中的一个放在最上面，可形成一个新的工况。
64.高层模型的壁体内预埋有空心钢针，空心钢针的端口处连通有软管，软管远离空心钢针的一端延伸至高层模型的最底端。
65.开洞模块模型2的表面开设有洞口6，并且开洞模块模型2内侧对应洞口6的位置处设置有两片门板4，两片门板4的门缝之间安装软橡胶，类似于杯口封闭橡胶，避免腔体漏风；且两片门板4的相对面均预埋有软磁贴5，设置在门板4的左右两侧，开洞模块的对应位置也安装有软磁贴，开洞模块与门板4上的软磁贴相互吸合，防止腔体意外打开，避免腔体出现漏风现象。门板4靠近开洞模块模型2内腔体的一面上固定连接有联动式绳索10。
66.具体的，如图1和8所示，空心钢针预埋在abs板的壁体内，并且空心钢针的直径为1
㎜
，普通模块模型1的长
×
宽
×
高为228.6mm
×
152.4mm
×
152.4mm，开洞模块模型2的长
×
宽
×
高为228.6mm
×
152.4mm
×
304.8mm。
67.实施方式具体为：为了测定风压，在每个预先确定好的位置埋有直径为1mm的空心钢针，钢针后面接有软管，软管的端部一直通到最高层模型的最下方，软管下端再连接相应的实验仪器。
68.具体的，如图1-8所示，普通模块模型1之间以及普通模块模型1与开洞模块模型2之间均采用对接的方式连接，且相邻两块普通模块模型1之间以及普通模块模型1与开洞模块模型2之间均设置有肋骨板8，普通模块模型1和开洞模块模型2腔体内壁的上下面均开设有穿行连接孔洞，且位于最上方的开洞模块模型2顶部对应穿行连接孔洞的位置处设置有密封盖板，门板4的侧端面通过第一弹簧合页3与开洞模块模型2的内部腔体转动连接，且两片门板4在竖直方向上呈线性排列。
69.具体的，如图8-10所示，肋骨板8的侧端面上开设有对接式插接口11，对接式插接口11内分别插入式连接有对接式螺纹套筒7和对接式螺丝钉12，对接式螺纹套筒7的端部固定连接在普通模块模型1或开洞模块模型2的侧端面上，并且对接式螺丝钉12螺纹连接在对接式螺纹套筒7的内螺纹面上。
70.实施方式具体为：在完成普通模块模型1和开洞模块模型2之间的对接后，将肋骨板8挂接在装有对接式螺纹套筒7上，接着以螺纹连接的方式，使用对接式螺丝钉12进行紧固，有效提高了普通模块模型1和开洞模块模型2在完成对接后的稳定性，防止在做实验的过程中，高层模型被风吹倒。由于高层模型是测压试验，在高层模型内部会有很多的管线，管线从高层模型内部通过。
71.具体的，如图8-12所示，联动式绳索10远离门板4的一端绕过定滑轮9后缠绕连接
在收卷辊13的表面，收卷辊13的辊轴上固定连接有联动齿轮15，联动齿轮15的侧方位设置有联动座18，联动座18靠近联动齿轮15的一面通过多个第二弹簧合页17铰接有多个呈线性排列设置的单向驱动齿牙16，单向驱动齿牙16和联动齿轮15的相对面互相啮合，联动座18的顶部通过第一弹性支撑装置19与开洞模块模型2的内侧壁固定连接，联动座18的底部与驱动式绳索20的一端固定连接，驱动式绳索20的另一端绕过支撑式动滑轮21后延伸至高层模型的最底部，驱动式绳索20位于穿行连接孔洞内，支撑式动滑轮21的表面通过第二弹性支撑装置14与开洞模块模型2的内侧壁固定连接，第二弹性支撑装置14和第一弹性支撑装置19的结构相同。
72.实施方式具体为：采用在模型内部安装软磁贴5和联动式绳索10的方式，在试验的过程中，人为的在风洞试验台下方，通过用力拉动驱动式绳索20，从而实现模型的瞬间开洞，保证模型在未开洞时密不漏风，需要开洞时，又能在极短的时间内开洞，从而达到试验要求。
73.具体的，如图10和11所示，第一弹性支撑装置19包括伸缩式外筒191，伸缩式外筒191的端部固定连接在联动座18的端面上，伸缩式外筒191的内部套接有伸缩式内轴192，伸缩式内轴192的一端通过支撑弹簧193与伸缩式外筒191内侧的端面固定连接，伸缩式内轴192的另一端固定连接在开洞模块模型2内侧的端面上，伸缩式内轴192具有一定的弹性。
74.具体的，如图1所示，高层模型包括多块普通模块模型1，且相邻两块普通模块模型1之间互相连接，普通模块模型1和开洞模块模型2皆由abs板制作而成，且相邻两块abs板的相对面采用胶水粘接而成。
75.实施方式具体为：高层模型以多块普通模块模型1和开洞模块模型2为基础，采用模块化设计，使洞口6的开设位置能够按高度改变，方便组合，在制作高层模型时，能够通过只制作模型开洞部位对应模块来改变不同的洞口6大小设计要求，进而不需要制作整个模型，节省了制作难度和成本。
76.工作原理：使用时，在完成普通模块模型1和开洞模块模型2之间的对接后，将肋骨板8挂接在装有对接式螺纹套筒7上，接着以螺纹连接的方式，使用对接式螺丝钉12进行紧固，有效提高了普通模块模型1和开洞模块模型2在完成对接后的稳定性，防止在做实验的过程中，高层模型被风吹倒，由于高层模型是测压试验，在高层模型内部会有很多的管线，管线从高层模型内部通过，从而可进一步提高，在软磁贴5的作用下，上下两片门板4紧紧地吸合在一起，在试验的过程中，人为的在风洞试验台下方，通过用力拉动驱动式绳索20，在拉动驱动式绳索20时，受拉力作用联动座18将会在竖直方向上向下于运动，并会带动伸缩式外筒191在伸缩式内轴192的表面进行相应的滑行动作，由于联动座18与单向驱动齿牙16之间是以第二弹簧合页17作为两者之间的连接介质，因而在联动座18下行且受到联动齿轮15的阻力作用时，单向驱动齿牙16将会通过第二弹簧合页17自行发生翻转，且在脱离联动齿轮15的作用时在第二弹簧合页17内置弹簧弹力的作用下进行复位动作，在完成联动座18的蓄力后，瞬间释放驱动式绳索20，在在第一弹性支撑装置19内置支撑弹簧193复位弹力的作用下，伸缩式外筒191将会带动联动座18在伸缩式内轴192的表面进行复位动作，利用单向驱动齿牙16与联动齿轮15两者之间的联动效应，进而便会驱动收卷辊13对联动式绳索10进行收卷动作，联动式绳索10在被收卷的过程中将会产生拉扯力，直至将门板4完全打开，且门板4在开启后，利用单向驱动齿牙16与联动齿轮15之间的卡合关系，有效保证了门板4
在开启后的稳定性，当需要关闭门板4时，只需再次拉动驱动式绳索20，并改变力的传输角度，使联动座18通过伸缩式内轴192发生弯曲并使单向驱动齿牙16脱离联动齿轮15，在第一弹簧合页3的作用下，门板4自动且快速进行闭合动作，反应速度快捷，且灵敏度高，从而实现模型的瞬间开洞，保证模型在未开洞时密不漏风，需要开洞时，又能在极短的时间内开洞，从而达到试验要求。
77.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。