[发明专利]模拟均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体地涉及一种模拟均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置。

背景技术

实际海洋环境中的立管为长细柔性结构，在洋流的作用下会产生涡激振动，振动引起的结构疲劳或可能的共振等将对海洋结构物的安全造成极大威胁。

涡激振动对于处在海洋的立管而言是自激产生的。由于实尺度试验条件的限制，目前主要通过模型试验和数值模拟对柔性立管的涡激振动现象进行研究。模型试验将柔性立管分为多段，假设每一段为刚性圆柱体，对圆柱进行强迫振荡试验或者自激振荡试验，但是带有缩尺比的模型试验并不能准确地预报真实海况下的圆柱的动力响应；数值模拟手段则缺乏试验验证其计算结果的可靠性，且其中对流体粘性等问题的处理目前仍不完善。

目前现有的研究装置普遍存在以下不足：（1）传统自激振荡试验局限于立管分段模型的实际结构性能，只能测得具有既定结构性能参数的立管的涡激振动响应，降低了普适性，而更换立管、弹簧、阻尼器等将消耗大量时间，拖延试验进度；（2）只能依照设定的工况使分段模型以既定的周期强迫振动，无法测得分段模型在来流作用下真实的响应；（3）难以模拟来流不垂直于结构物等特殊海况；（4）受试验装置尺寸限制，模型的长细比较小，尺度效应较大。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种模拟均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，旨在结合模型试验与数值模拟，通过力的测量和高带宽反馈，实时数值模拟具有虚拟结构参数的立管的运动特性，解决现有试验装置局限于模型实际结构性能，只能进行既定周期的强迫振动，尺度效应较大，无法较真实的模拟立管处于实际海况中的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，模拟均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，包括第一深海立管模块、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实时控制系统模块，其中：第一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与第二端部假体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另一端底部固定连接并和第二垂直滑动模块连接，深海立管模块与水平滑动模块垂直安装，实时控制系统模块设置于拖车上，分别与第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一水平滑动模块、第二水平滑动模块相连接。

优选地，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两个端部假体模块连接。

优选地，所述第一端部假体模块包括：第一假体外筒、第一三分力仪、第一三分力仪固定板、第一楔块、第一支座、第一调整组件、第一固定板、第一垫板、第一挡流板，其中：第一假体外筒与第一挡流板固定，第一三分力仪分别与深海立管模块中的两个固定接头和第一三分力仪固定板相连，第一三分力仪固定板一端与第一三分力仪连接，另一端与第一楔块固接，第一楔块贯穿第一挡流板，并在第一挡流板内侧用第一支座与第一挡流板固接，第一挡流板另一侧的第一楔块与第一垫板连接，第一固定板通过第一垫板与第一楔块固接，第一调整组件分别与第一固定板和第一垂直滑动模块固接，第一假体外筒轴心线与第一档流板平面的法线重合，第一三分力仪固定板中心线及第一三分力仪中心线均与第一假体外筒轴心线重合，第一三分力仪与第一楔块侧面垂直固定；所述第二端部假体模块与第一端部假体模块是镜像对称结构。

优选地，所述第一水平滑动模块包括：第一齿条、第一水平动力组件、第一水平法兰装置、第一滑架、第一滑架连板、第一水平滑动轨道和第一支撑架组，其中：第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑架相连，其传动轴穿过第一滑架连接至第一齿条，第一滑架滑动支撑在第一水平滑动轨道上，并与第一垂直滑动模块相固接，第一滑架连板滑动支撑在第一水平滑动轨道上，与第一滑架连接，并与第一垂直滑动模块固定；第一支撑架组上端与拖车固接，下端与第一水平滑动轨道固接，第一水平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。所述第二水平滑动模块与第一水平滑动模块成镜像对称结构。