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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了一种水动力和抗弯弹性力相似的动力缩尺模型设计方法，属于土木工程技术领域。该设计与制作方法包括以下步骤：步骤一：设计纯地震作用下满足结构动力相似的缩尺模型：根据柱状海洋结构的原型，利用抗弯弹性力‑重力相似律设计结构密度比尺Sρ为1的缩尺模型A；步骤二：基于步骤一设计的缩尺模型A，根据水动力比尺与惯性力比尺一致的原则及抗弯弹性力‑重力相似律，调整缩尺模型的迎水面宽度及顺水面宽度，得到同时满足水动力相似及抗弯弹性力‑重力相似的缩尺模型B；步骤三：采用3D打印技术制作步骤二中得到的缩尺模型B。

主权项：1.一种水动力和抗弯弹性力相似的动力缩尺模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：设计纯地震作用下满足结构动力相似的缩尺模型：根据柱状海洋结构的原型，利用抗弯弹性力-重力相似律设计结构密度比尺Sρ为1的缩尺模型A；步骤二：基于步骤一设计的缩尺模型A，根据水动力比尺与惯性力比尺一致的原则及抗弯弹性力-重力相似律，调整缩尺模型的迎水面宽度及顺水面宽度，得到同时满足水动力相似及抗弯弹性力-重力相似的缩尺模型B；步骤三：采用3D打印技术制作步骤二中得到的缩尺模型B；步骤一中，在恢复力考虑为弯曲恢复力的前提下，抗弯弹性力-重力相似律公式为：SkSl＝SmSa1其中，Sk为结构抗弯刚度比尺，即为模型刚度km与原型刚度kp的比值；Sl为结构几何尺寸比尺；Sm为结构质量比尺；Sa为加速度比尺；为保证设计的缩尺模型与原型响应在弹性及弹塑性阶段均相似，设计的缩尺模型与原型采用相同材料，即结构密度比尺Sρ为1，根据Sm＝SρSV,将式1中的结构质量比尺Sm替换为结构体积比尺SV，且缩尺模型A的设计满足重力相似律，即Sa为1，则由式1得到式2：SkSl＝SV2；步骤一中，利用抗弯弹性力-重力相似律设计缩尺模型A的过程为：根据水下振动台的尺寸及负荷限制确定柱状海洋结构缩尺模型的长度比尺Sl，再根据柱状海洋结构原型及模型的刚度及体积的计算公式设计得到缩尺模型A；根据柱状海洋结构原型及模型的刚度及体积的计算公式设计得到缩尺模型A的过程为：将柱状海洋结构原型及模型的结构刚度及体积计算公式代入式2得到厚度比尺St，具体为：将缩尺模型结构外径的比尺SD从0至Sl遍历，根据每个SD值一一对应得到St值，选择一组加工难度低且加工效率高的SD值与St值进行缩尺模型A的设计；步骤二中，满足水动力相似的抗弯弹性力-重力相似律公式为：SF,D＝SkSl＝SV3SF,a＝SkSl＝SV4式中，SF,D为水动力中的拖曳力比尺，SF,a为水动力中的惯性力比尺，式3以拖曳力FD在水动力中起主导作用为前提，式4以惯性力Fa在水动力中起主导作用为前提；由满足水动力相似的抗弯弹性力-重力相似律设计缩尺模型B的过程为：根据水动力比尺与惯性力比尺一致的原则以及抗弯弹性力-重力相似律确定缩尺模型A截面的迎水面及顺水面尺寸，具体的，由莫里森方程计算原型与模型结构的水动力比尺，刚度比尺Sk及结构体积比尺Sv的计算采用柱状海洋结构原型及模型的刚度及体积公式，根据式3或式4中各物理量比尺之间的关系，得到顺水面宽度比尺Sb及迎水面宽度比尺Sw；若得到的顺水面宽度比尺Sb及迎水面宽度比尺Sw在工程中难以实现，需要考虑通过改变厚度比尺St以得到合理的Sb及Sw，厚度St的改变方法为：将St的值由0至Sl遍历，求得一一对应的Sb及Sw，选取一组工程中易于实现的Sw,St,Sb设计得到缩尺模型B。

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百度查询： 天津大学 一种水动力和抗弯弹性力相似的动力缩尺模型设计方法