[發明專利]一種研究橫向擾動激勵下細長桿失穩特性的實驗裝置及測試方法

在審

• 申請號: 201910142579.8
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109883628A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 陳迎春;李延峰;王新華;劉俊儒;辛雨函;王旭
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M7/02;G01N3/36;G01N3/02;F16M1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明涉及一種研究橫向擾動激勵下細長桿失穩特性的實驗裝置及測試方法，可用來分析處于直線型受限邊界條件內的細長柔性桿受到橫向擾動時的失穩特性。實驗時，夾持裝置、外桿末端固定裝置將外桿頂端和底端分別固定，使其保持豎直，軸向載荷施加裝置對細長桿施加軸向載荷，同時通過調節液壓缸的激振速度及幅值，對外桿產生不同的橫向激勵，從而使內桿受到橫向擾動。實驗過程中，記錄軸向載荷施加裝置中所安裝的流量計的流速、壓力計的壓力，記錄外桿末端固定裝置中所安裝的拉壓傳感器及扭矩感器的采集數據，通過分析所記錄的各個數據，可進一步分析得到橫向擾動作用下受限空間內細長桿的失穩機制。

技術領域

本發明涉及一種研究橫向擾動激勵下細長桿失穩特性的實驗裝置及測試方法，具體地說是用來分析水箱中細長桿下入外桿過程中力學傳遞特性的一種裝置。

背景技術

近年來，由于具有節省材料且具備較好的力學特性的優點，細長桿在許多工程中得到了廣泛的應用，比如利用細長桿制成的起重機懸臂、通過細長桿觸發的自動閥門等，尤其在深海石油探勘開發方面，在海洋立管里開展深海資源開發的海洋鉆柱及連續油管等均可看成細長桿。但是與其他桿件相比，細長桿具有較大的細長比、較大的撓度的特點，所以在承受軸向載荷作用的工況下更容易產生彎曲或失穩。此外，細長桿有時還會遭受橫向載荷，例如海洋作業時細長桿會受到的橫向海洋載荷。因此，為了更好的應用細長桿的力學特性，很有必要設計一種研究橫向擾動激勵下細長桿失穩特性的實驗裝置。

目前相關的專利有：江蘇瑞朗博機械設備有限公司申請的:超壓時壓桿失穩觸發動作的閥門組件201410822709,該裝置利用細長桿穩定、失穩兩種不同狀態對于閥芯組件處于工作位置的影響，實現了超壓工況下閥門的自動開啟或者關閉。

以上專利都是利用細長桿受壓情況下失穩特性的實際應用裝置，本專利則是模擬橫向擾動激勵下細長桿失穩特性實驗裝置，是對細長桿受載荷作用下所表現的力學特性的研究。

發明內容

為了研究細長桿在橫向擾動激勵下的失穩特性，真實反應在海洋載荷等橫向載荷作用下的力學行為，本發明涉及一種研究橫向擾動激勵下細長桿失穩特性的實驗裝置及測試方法，具體地說是用來分析水箱中細長桿下入外桿過程中力學傳遞特性的一種裝置。

本發明涉及一種研究橫向擾動激勵下細長桿失穩特性的實驗裝置由主框架1、軸向載荷施加裝置2、軸向載荷測試裝置3、夾持裝置4、玻璃板5、同心桿系統6、外桿末端固定裝置7、一號螺栓8、一號螺母9、橫向擾動激勵裝置、密封條11組成。軸向載荷施加裝置2通過焊接與主框架1連接；軸向載荷測試裝置3通過內部螺紋與軸向載荷施加裝置2連接；夾持裝置4通過焊接與主框架1連接；玻璃板5通過密封條11與主框架1連接；外桿末端固定裝置7通過一號螺栓8、一號螺母9與主框架1連接；橫向擾動激勵裝置通過焊接與主框架1連接。

本發明實驗裝置的主框架1由上框架立梁12、上框架縱梁13、上框架橫梁14、下框架橫梁15、下框架縱梁16、內部橫梁17、支撐梁18、底座19、下框架立梁20組成。上框架縱梁13采用焊接的方式與上框架橫梁14連接；上框架立梁12通過焊接的方式與下框架立梁20；下框架橫梁15通過焊接的方式與下框架縱梁16連接；支撐梁18通過焊接的方式與底座19連接；底座19通過焊接的方式與下框架橫梁15連接。

本發明實驗裝置的軸向載荷施加裝置2由支撐桿21、進油管22、平板23、液壓缸24、二號螺栓25、二號螺母26組成。進油管22插入液壓缸內，起到液壓作用；平板23通過焊接與支撐桿21連接；液壓缸24通過二號螺栓25、二號螺母26與平板23連接。

本發明實驗裝置的軸向載荷測試裝置3由進油管上部27、連接管28、流量計29、壓力計30、三號螺栓31、三號螺母32、四號螺栓33、四號螺母34、五號螺栓35、五號螺母36組成。進油管上部27通過內部螺紋與連接管28連接；流量計29通過三號螺栓31、三號螺母32與連接管28連接；壓力計30通過四號螺栓33、四號螺母34與流量計29連接；連接管28通過五號螺栓35、五號螺母36與壓力計30連接。