[發明專利]模擬均勻流下深海立管雙向自激振動的試驗裝置

有效

• 申請號: 201210437232.4
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102967431A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 付世曉;許玉旺;張昱;郭飛;范迪夏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M7/06
• 分類號: G01M7/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明屬于海洋工程領域，具體地涉及一種模擬均勻流下深海立管雙向自激振動的試驗裝置。

背景技術

實際海洋環境中的立管為長細柔性結構，在洋流的作用下會產生渦激振動，振動引起的結構疲勞或可能的共振等將對海洋結構物的安全造成極大威脅。

渦激振動對于處在海洋的立管而言是自激產生的。由于實尺度試驗條件的限制，目前主要通過模型試驗和數值模擬對柔性立管的渦激振動現象進行研究。模型試驗將柔性立管分為多段，假設每一段為剛性圓柱體，對圓柱進行強迫振蕩試驗或者自激振蕩試驗，但是帶有縮尺比的模型試驗并不能準確地預報真實海況下的圓柱的動力響應；數值模擬手段則缺乏試驗驗證其計算結果的可靠性，且其中對流體粘性等問題的處理目前仍不完善。

目前現有的研究裝置普遍存在以下不足：（1）傳統自激振蕩試驗局限于立管分段模型的實際結構性能，只能測得具有既定結構性能參數的立管的渦激振動響應，降低了普適性，而更換立管、彈簧、阻尼器等將消耗大量時間，拖延試驗進度；（2）只能依照設定的工況使分段模型以既定的周期強迫振動，無法測得分段模型在來流作用下真實的響應；（3）難以模擬來流不垂直于結構物等特殊海況；（4）受試驗裝置尺寸限制，模型的長細比較小，尺度效應較大。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提供一種模擬均勻流下深海立管雙向自激振動的試驗裝置，旨在結合模型試驗與數值模擬，通過力的測量和高帶寬反饋，實時數值模擬具有虛擬結構參數的立管的運動特性，解決現有試驗裝置局限于模型實際結構性能，只能進行既定周期的強迫振動，尺度效應較大，無法較真實的模擬立管處于實際海況中的問題。

本發明是通過以下技術方案實現的，模擬均勻流下深海立管雙向自激振動的試驗裝置，包括深海立管模塊、端部假體模塊、垂直滑動模塊、水平滑動模塊和實時控制系統模塊，其中：端部假體模塊包括第一端部假體模塊和第二端部假體模塊、垂直滑動模塊包括第一垂直滑動模塊和第二垂直滑動模塊、水平滑動模塊包括第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊；深海立管模塊兩端分別與第一端部假體模塊和第二端部假體模塊連接，第一垂直滑動模塊分別與第一端部假體模塊和第一水平滑動模塊連接，第二垂直滑動模塊分別與第二端部假體模塊和第二水平滑動模塊連接，第一水平滑動模塊固定于拖車底部一端，第二水平滑動模塊固定于拖車底部另一端，深海立管模塊與水平滑動模塊垂直安裝，實時控制系統模塊設置于拖車上，分別與端部假體模塊、垂直滑動模塊和水平滑動模塊相連接。

優選地，所述的深海立管模塊包括：兩個立管固定接頭和深海立管模型，其中：深海立管模型兩端分別與兩個立管固定接頭連接，兩個立管固定接頭分別與第一端部假體模塊和第二端部假體模塊連接。

優選地，所述端部假體模塊包括：假體外筒、三分力儀、三分力儀固定板、楔塊、支座、調整組件、固定板、墊板、擋流板，其中：假體外筒與擋流板固定，三分力儀分別與深海立管模塊中的兩個固定接頭和三分力儀固定板相連，三分力儀固定板一端與三分力儀連接，另一端與楔塊固接，楔塊貫穿擋流板，并在擋流板內側用支座與擋流板固接，擋流板另一側的楔塊與墊板連接，固定板通過墊板與楔塊固接，調整組件分別與固定板和垂直滑動模塊固接，假體外筒軸心線與檔流板平面的法線重合，三分力儀固定板中心線及三分力儀中心線均與假體外筒軸心線重合，三分力儀與楔塊側面垂直固定；所述第二端部假體模塊與第一端部假體模塊是鏡像對稱結構。

優選地，所述水平滑動模塊包括：齒條、水平動力組件、水平法蘭裝置、滑架、滑架連板、水平滑動軌道和支撐架組，其中：水平動力組件通過水平法蘭裝置與滑架相連，其傳動軸穿過滑架連接至齒條，滑架滑動支撐在水平滑動軌道上，并與垂直滑動模塊相固接，滑架連板滑動支撐在第水平滑動軌道上，與滑架連接，并與垂直滑動模塊固定；支撐架組上端與拖車固接，下端與水平滑動軌道固接，水平滑動軌道平行于拖曳水池池底并與垂直滑動模塊垂直；所述第二水平滑動模塊與第一水平滑動模塊成鏡像對稱結構。