Abstract und Zusammenfassung zu
"Automation of Wind Tunnel Force Balance Testing Device"
(Automatisierung einer Windkanal Kraft-Balance Testeinrichtung)

Achtung: der Text ist aus der Master/Diplomarbeit entnommen. Jeder Kandidat ist für seinen eigenen Text verantwortlich!

Zusammenfassung

"Aerodynamische Kräfte auf Brückenbauwerken werden als Folge der Wechselwirkung von Wind mit Brückendecken erzeugt. Um die statische Instabilität der Brückenbauwerke zu untersuchen, werden die aerodynamischen Kräfte unter stetigem Wind bei unterschiedlichen Windanstellwinkeln gemessen und ausgewertet. Dadurch kann die Formänderung des Brückenüberbaus Querschnitte implementiert werden, um die aerodynamischen Eigenschaften der gesamten Struktur zu verbessern. An der Aerodynamic Laboratory des US Department of Transportation (DOT), sind Brückenabschnittmodelle hinter einem Windkanal angebracht und die aerodynamischen Kräfte werden durch Kräftegleichgewichtwandlern ausgemessen. Um den Windanstellwinkel zu simulieren, muss das Brückenmodell um seine Längsachse in kleinen Schritten gedreht werden. Die manuelle Durchführung von diesem Versuch erfordert viele Schritte und führt zu einem unpraktischen Verfahren, daher war es erforderlich eine automatische Vorrichtung zu entwerfen, um unnötige Komplexitäten zu verhindern. Ein automatisiertes System dieser Art verfügt über ein System, das i) die Brückenmodelle zu den gewünschten Winkeln dreht und ii) über ein starkes Spannsystem verfügt, um das Kräftegleichgewicht beizubehalten und es zu vermeiden, dass die Brückenmodelle sich durch die erzeugte Windkraft drehen. Ein automatisches Spannsystem wurde durch den Einsatz von Pneumatikzylindern, Wegeventilen und Näherungssensoren bereitgestellt. Ein Prototyp wurde entworfen und hergestellt, um die Funktionalität und Zuverlässigkeit des vorgeschlagenen Systems zu überprüfen. Die Idee eine pneumatische Klemmung wurde nach Durchführung der Messung des Widerstandsmoments angenommen, da das Ergebnis die Anforderungen erfüllen konnte. Eine Reihe von Schaltungen und LabView Programmen wurden entwickelt, um die Steuerung des Spannsystem über einen Computer zu ermöglichen. Das Drehsystem wurde mit Hilfe von zwei Servomotoren, die synchron an den Seiten von dem Brückenmodell laufen realisiert. Der Positionsgleichlauf zwischen den Motoren wurde durch die Umsetzung des Master-Slave Synchronisationsverfahren erreicht. Die Synchronisationsqualität von diesem Verfahren wurde mit LabView VI überprüft, wobei die Position des Master-Slave Laufwerke gemessen wurden. Nach Auswertung der Ergebnisse wurde festgestellt, dass die Synchronisationsqualität ausreicht, um die Master- und Slave-Laufwerke an dem Brückenmodell anzubringen und damit automatische Versuche durchzuführen. Die mechanischen Komponenten mussten für das neue System neu gestaltet werden. Eine Reihe von CAD-Zeichnungen wurden erstellt und die mechanischen Teile wurden entsprechend hergestellt. Die Funktionalität des automatisierten Systems wurde unter Verwendung von den neuen Fertigteilen, das Spannsystem, und die synchronisierte Drehantriebe geprüft."

Abstract

"Aerodynamic forces are produced on bridge structures as a result of wind interactions with bridge decks. To study the static instability of bridge structures, the aerodynamic forces are measured and evaluated under steady wind at varying wind angles of attack. As a result, shape modification of bridge deck cross-sections can be implemented to improve the aerodynamic characteristics of the overall structure. At the Aerodynamics Laboratory of US Department of Transportation (DOT), bridge section models are held downstream of a wind-tunnel and the aerodynamic forces are measured by force balance transducers. To vary the wind angle of attack, the bridge model is rotated about its longitudinal axis in small increments. Performing the test setup manually involves with many sequences and leads to a non-convenient procedure. Therefore, the need for an automated device arose in order to prevent the challenges faced by performing the operation manually. Such automated device has to feature a system which i) holds the bridge model in front of the wind-tunnel and clamps it very rigidly to prevent it from rotation ii) turns the bridge model to certain angles of attack. An automatic clamping system was provided deploying pneumatic cylinders, directional valve, and proximity sensors. A prototype was designed and fabricated to verify the functionality and reliability of the suggested system. The pneumatic clamping idea was approved after conducting the resisting torque measurement test, as the result fulfilled the requirements. A set of circuit boards and LabView programs were developed to ensure the possibility for commanding the clamping system via a PC. The turning system was automated using two servo-motors running synchronously on the sides of the bridge model. Position synchronization between the motors was carried out by implementing the Master-Slave synchronization technique. Synchronization quality of the Master-Slave technique was evaluated on open-shaft drives using a LabView VI that monitored the actual position of the master and slave drives. After the results evaluation, it was determined that the synchronization quality was adequate to load the master and the slave drives with the bridge model and conduct automated tests. The existing mechanical components had to be redesigned for assembling the automated system. A series of CAD drawings were drafted and new mechanical parts were fabricated accordingly. The functionality of the automated system was proofed using the new fabricated parts, clamping system, and synchronized turning drives."