[發(fā)明專利]超重力場(chǎng)下風(fēng)浪流模擬的多自由度解耦構(gòu)件及使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310142021.6
• 申請(qǐng)日: 2023-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN116124416A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)云飛;潘卓杰;任國(guó)峰;陳盛原;王海鵬;顧行文;韓迅;朱洵;韓孝峰;敬元旭;季鑫燁;李廣;劉江貞;范開放;馬登輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01M9/00
• 代理公司: 北京盛廣信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16117
• 代理人: 秦全

本發(fā)明公開超重力場(chǎng)下風(fēng)浪流模擬的多自由度解耦構(gòu)件及使用方法，包括解耦構(gòu)件，動(dòng)態(tài)加載裝置和模型；解耦構(gòu)件具備六個(gè)自由度，解耦構(gòu)件包括轉(zhuǎn)接球，傳導(dǎo)桿，滑承軸和固定器；固定器與模型固定連接；固定器安裝在滑承軸兩端；滑承軸上還安裝有傳導(dǎo)桿的一端；傳導(dǎo)桿另一端依次連接有轉(zhuǎn)接球和動(dòng)態(tài)加載裝置。本發(fā)明提供的解耦構(gòu)件能夠解耦出六個(gè)自由度，具備較高的靈敏度，可保證在超重力場(chǎng)中無附加約束的前提下，模型能夠在土體中自由變形。且本解耦構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小，更利于在模型箱這一有限的空間內(nèi)使用，模擬超重力場(chǎng)下海風(fēng)、海浪、海流三種不同類型荷載的同時(shí)作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超重力場(chǎng)多自由度解耦技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及超重力場(chǎng)下風(fēng)浪流模擬的多自由度解耦構(gòu)件及使用方法。

背景技術(shù)

超重力場(chǎng)又稱離心力場(chǎng)，是指利用離心機(jī)旋轉(zhuǎn)提供的離心力模擬重力，根據(jù)近代相對(duì)論解釋牛頓的重力與慣性力是等效的，因此可以通過加速旋轉(zhuǎn)提高離心力，即等效提高模型所受的重力從而形成超重力場(chǎng)環(huán)境，將相似縮尺模型放置在空間有限的離心機(jī)專用模型箱中以模擬原型的真實(shí)受力情況，在離心機(jī)不停轉(zhuǎn)的前提下研究其相關(guān)的工程性狀。

目前超重力場(chǎng)多自由度解耦技術(shù)尚不成熟，主要原因在于超重力場(chǎng)環(huán)境下荷載響應(yīng)的敏感程度高，當(dāng)多種荷載同時(shí)作用且各自解耦的自由度不足時(shí)會(huì)相互干擾影響模擬結(jié)果，同時(shí)由于離心機(jī)專用模型箱空間有限，因此也不適合復(fù)雜、大尺寸的荷載解耦構(gòu)件。例如公開號(hào)為CN110426224A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種適用于海工模型試驗(yàn)的五自由度荷載解耦構(gòu)件，其缺陷在于荷載解耦自由度數(shù)目不足，無法滿足超重力場(chǎng)下海風(fēng)、海浪、海流荷載同時(shí)作用時(shí)的有效解耦，且由于其解耦構(gòu)件過于復(fù)雜，占用空間較大無法放置在離心機(jī)專用模型箱內(nèi)進(jìn)行模擬研究。

綜上，為保證超重力場(chǎng)下模擬的準(zhǔn)確性，需要在離心機(jī)不停轉(zhuǎn)的前提下完成海風(fēng)、海浪、海流等三種不同類型荷載同時(shí)作用的模擬存在一定難度，設(shè)計(jì)出一種適用于該情況下的多自由度解耦構(gòu)件具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供超重力場(chǎng)下風(fēng)浪流模擬的多自由度解耦構(gòu)件及使用方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬海風(fēng)、海浪和海流這三種不同類型的荷載同時(shí)作用情況，并提供具體的模擬方法以探究模型的動(dòng)力響應(yīng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供超重力場(chǎng)下風(fēng)浪流模擬的多自由度解耦構(gòu)件，包括解耦構(gòu)件，動(dòng)態(tài)加載裝置和模型；所述解耦構(gòu)件具備六個(gè)自由度，所述解耦構(gòu)件包括轉(zhuǎn)接球，傳導(dǎo)桿，滑承軸和固定器；所述固定器與模型固定連接；所述固定器安裝在所述滑承軸兩端；所述滑承軸上還安裝有所述傳導(dǎo)桿的一端；所述傳導(dǎo)桿另一端依次連接有所述轉(zhuǎn)接球和動(dòng)態(tài)加載裝置。

所述固定器包括導(dǎo)軌和抱箍；所述抱箍設(shè)置有互相平行的兩個(gè)，且兩所述抱箍夾設(shè)在所述模型上；兩所述抱箍一端還分別安裝有所述導(dǎo)軌；兩所述導(dǎo)軌分別安裝在所述滑承軸兩端，形成水平運(yùn)動(dòng)軌道。

所述動(dòng)態(tài)加載裝置包括海風(fēng)動(dòng)態(tài)加載裝置海流動(dòng)態(tài)加載裝置和海浪動(dòng)態(tài)加載裝置；所述海風(fēng)動(dòng)態(tài)加載裝置海流動(dòng)態(tài)加載裝置和海浪動(dòng)態(tài)加載裝置分別安裝在一傳導(dǎo)桿上，用于模擬超重力場(chǎng)下海風(fēng)、海浪和海浪等三種不同類型的荷載同時(shí)作用于模型時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)情況。

所述解耦構(gòu)件的六個(gè)自由度分別指沿荷載傳遞方向的平動(dòng)δ1、豎直方向的平動(dòng)δ2、水平面上垂直于荷載傳遞方向的平動(dòng)δ3、荷載傳遞方向及豎直方向所在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)δ12、垂直于荷載傳遞方向的平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)δ23、水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)δ13。

所述轉(zhuǎn)接球用于解耦出各方向轉(zhuǎn)動(dòng)的約束，即解耦出三個(gè)自由度δ12、δ23、和δ13。

所述傳導(dǎo)桿為雙層桿件，可沿荷載傳遞方向拉伸，即解耦出一個(gè)自由度δ1。

所述滑承軸為豎直桿，所述滑承軸上設(shè)有套管與傳導(dǎo)桿相連接，所述套管帶動(dòng)所述傳導(dǎo)桿沿滑承軸上下移動(dòng)，同時(shí)所述滑承軸兩端安裝的所述導(dǎo)軌沿水平面上垂直于荷載傳遞的方向平動(dòng)，即解耦出兩個(gè)自由度δ2和δ3。