[发明专利]均匀流下的深海立管分段模型双向强迫振动实验装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程领域，尤其涉及一种均匀流作用下的深海立管分段模型双向强迫振动实验装置。

背景技术

实际海洋环境中的立管均为细长柔性结构，在洋流的作用下会产生涡激振动。这种振动对整个立管而言，是自激产生的；但如果考虑每一节可以视为刚体的分段，那么这种振动却是受迫振荡。由于柔性立管的每一小部分可以看作为刚性圆柱体，所以要想深入研究细长柔性海洋立管在真实环境的洋流作用下的涡激振动特性，可以从微观的简单的问题入手，即对强迫振荡中的刚性圆柱体在均匀来流作用下的受力、运动响应、尾流形态等进行研究。

Ramnarayan Gopalkrishnan于1993年在MIT发表的论文“Vortex-Introduced Forces on Oscillating Bluff Cylinders”(圆柱的涡激振动受力研究)是关于刚性管件涡激振动实验研究的，文中提到了一种刚性管件涡激振动模型试验技术，把刚性立管横置于拖曳水池中，拖车拖动立管模型产生均匀流场。经分析，该试验技术的不足之处在于：

1、试验用立管分段过于细长，如曾有人取分段直径为2.54cm，长度为60cm，这就导致其装置只能模拟低雷诺数下的涡激振动，不能对真实海况下的高雷诺数状态进行模拟，容易出现尺度效应；2、试验只能进行一个自由度的涡激振动模拟，不能很准确的模拟立管涡激振动形式；3、没有对边界进行有效处理，模型边界效应会影响实验结果。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种均匀流下的深海立管分段模型双向强迫振动实验装置，旨在解决现有试验装置只能模拟较低雷诺数海况，只能用单自由度强迫振动模拟涡激振动且没有对立管分段进行边界处理的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种均匀流下的深海立管分段模型双向强迫振动实验装置，包括深海立管模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块、第二水平滑动模块和测量分析控制模块，其中：深海立管模块两端分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接，第一垂直滑动模块分别与第一端部假体模块和第一水平滑动模块连接，第二垂直滑动模块分别于第二端部假体模块和第二水平滑动模块连接，第一水平滑动模块与拖车底部一端固定连接并和第一垂直滑动模块连接，第二水平滑动模块与拖车底部另一端固定连接并和第二垂直滑动模块连接，测量分析控制模块设置于拖车上，分别与第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块、第二水平滑动模块相连接。

所述的深海立管模块包括：两个立管固定接头和深海立管模型，其中：深海立管模型两端分别与两个立管固定接头连接，两个立管固定接头分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接。

所述的第一端部假体模块包括：假体外筒、三分力仪、三分力仪固定板、楔块、支座、调整组件、固定板、垫板、挡流板，其中：假体外筒与挡流板固定，三分力仪分别与深海立管模块中的固定接头和三分力仪固定板相连，三分力仪固定板一端与三分力仪连接，另一端与楔块固接，楔块贯穿挡流板，并在挡流板内侧用支座与挡流板固接，挡流板另一侧的楔块与垫板连接，固定板通过垫板与楔块固接，调整组件分别与固定板和第一垂直滑动模块固接；所述的第二端部假体模块与第一端部假体模块是镜像对称结构。

所述的第一水平滑动模块包括：动力组件、法兰装置、滑块、导链、滑动轨道、支撑架，其中：动力组件通过法兰装置与滑动轨道相连，其旋转轴通过导链连接至滑块，滑块滑动支撑在滑动轨道上，并与第一垂直滑动模块相固接，支撑架上端与拖车固接，下端与滑动轨道固接，滑动轨道平行于拖曳水池池底并与第一垂直滑动模块垂直；所述的第二水平滑动模块与第一水平滑动模块成镜像对称结构。 

所述的第一垂直滑动模块包括：动力组件、法兰装置、滑块、导链、滑动轨道和整流罩，其中：动力组件通过法兰装置与滑动轨道相连，其旋转轴通过导链连接至滑块，滑块滑动支撑在滑动轨道上，并与第一端部假体模块相固接；滑动轨道垂直于拖曳水池池底并与第一水平滑动模块垂直，其上端与第一水平滑动模块连接，下端自由悬空；滑动轨道的两侧安装有整流罩；所述的第二垂直滑动模块与第一垂直滑动模块成镜像对称结构。