[發明專利]模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410145543.2
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103969068A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 高福平;汪寧;胡存;臧志鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的方法，其特征在于包括以下步驟：（1）選一模型管道，根據需要給模型管道配重，然后在模型管道內安裝測量其軸向滑動阻力的拉力傳感器，并在模型管道表面固定所需粗糙度的防水砂紙；（2）選一水槽，然后在水槽內制造出所需坡度的模擬海床；（3）給模型管道安裝導向約束裝置，使模型管道只能在模型管道軸向及垂直模擬海床床面方向平動，同時在導向約束裝置上安裝測量模型管道沿其軸向及垂直模擬海床床面方向位移的位移測量裝置，然后將模型管道置于水槽內的模擬海床上；（4）沿模型管道軸向對模型管道加載，使模型管道軸向滑動，同時，用數據同步采集系統同步采集模型管道的軸向位移值、模型管道在垂直模擬海床床面方向上的位移值和模型管道軸向滑動阻力值。

2.一種模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：包括水槽、模擬海床、模型管道、導向約束裝置、管道軸向加載裝置、管道軸向位移測量裝置、管道沉降測量裝置、管道軸向滑動阻力測量裝置和數據同步采集系統，所述模擬海床位于水槽內，所述模型管道置于模擬海床上，所述導向約束裝置用于將模型管道的運動約束在模型管道軸向及垂直模擬海床床面方向，所述管道軸向加載裝置用于對模型管道軸向牽引，管道軸向位移測量裝置、管道沉降測量裝置和管道軸向滑動阻力測量裝置均與數據同步采集系統連接，數據同步采集系統用于同步采集模型管道的軸向位移值、模型管道在垂直模擬海床床面方向上的位移值和模型管道軸向滑動阻力值。

3.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述模型管道由彼此分離的牽引管頭和管道測試段活動拼接而成，所述管道軸向滑動阻力測量裝置為拉力傳感器，所述拉力傳感器置于模型管道內，且位于牽引管頭和管道測試段之間，拉力傳感器的兩端分別與牽引管頭和管道測試段連接。

4.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述導向約束裝置包括安裝平臺，水平導軌、水平滑塊、豎直導軌、豎直滑塊和固定連接件，所述安裝平臺固定設置且其傾角可調，所述水平導軌固定在安裝平臺上，所述水平滑塊滑動地設置在水平導軌上，所述豎直導軌固定在水平滑塊上，所述豎直滑塊滑動地設置在豎直導軌上，且豎直滑塊通過固定連接件與模型管道固定連接。

5.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述管道軸向加載裝置包括鋼索、定滑輪組和可調速步進電機，所述鋼索繞過定滑輪組，鋼索的一端與可調速步進電機的動力輸出部分連接，鋼索的另一端與模型管道的牽引管頭連接。

6.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述管道軸向位移測量裝置包括第一激光位移傳感器和第一反射板，所述第一激光位移傳感器固定在安裝平臺上，所述第一反射板固定在水平滑塊上，第一激光位移傳感器和第一反射板正對。

7.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述管道沉降測量裝置包括第二激光位移傳感器和第二反射板，所述第二激光位移傳感器固定在豎直導軌上，第二反射板固定在豎直滑塊上，第二激光位移傳感器和第二反射板正對。

8.根據權利要求3所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述管道測試段的中心設置有管軸，所述管軸為不銹鋼螺桿，所述管軸上旋合有盤形配重。

9.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述模型管道由有機玻璃制成。

10.根據權利要求2所述的模擬海底管系結構與海床土體軸向相互作用的裝置，其特征在于：所述模型管道的表面固定有砂紙。