[实用新型]一种可实现非线性边界条件的刚性圆柱涡激振动试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种试验装置，具体地说是圆柱涡激振动试验装置。

背景技术

涡激振动是圆柱体在流场中的一种特殊振动形式，是圆柱体尾流处的涡旋脱落引起的振动。关于涡激振动的国内外已经有几十年的研究历史，但近年来由于海洋油气田的开发而出现的管道涡激振动问题又掀起了新一轮的研究热潮。

目前，模型试验是研究涡激振动现象最主要和最可靠的研究手段之一。通过模型试验，可以较为全面的观测到涡激振动现象及主要特征，获得较为可靠的试验结果。试验结果可用来校验理论和数值模型的精度。

经对现有技术文献进行检索发现，在2009年“哈尔滨工程大学博士学位论文”中的“管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究”一文中提到，动力作用下土壤刚度表现出明显的非线性，并在加载过程中发生变化。但文中只用数值方法对管土耦合下的非线性边界条件下的涡激振动做了预报，缺乏试验研究。而现有海底悬跨管道试验大都是将边界条件简单的取成线性弹簧支撑边界，甚至处理成简支或者固定边界，没有考虑到管土耦合非线性对悬跨管道涡激振动响应的影响。所以有必要提供一种非线性弹性支撑边界条件下的圆柱涡激振动试验装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供为研究海底悬跨管道的两端管土非线性耦合下的涡激振动研究提供试验基础的一种可实现非线性边界条件的刚性圆柱涡激振动试验装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种可实现非线性边界条件的刚性圆柱涡激振动试验装置，其特征是：包括支撑架、垂向约束机构、圆柱模型、支座、光学运动捕捉镜头，支撑架包括由第一-第十二角钢组成的长方体，其中第一-第四角钢构成长方体的上底面，第五-第八角钢构成长方体的下底面，第九-第十二角钢为分别连接上底面四个顶点和下底面四个顶点的棱，垂向约束机构包括槽钢、万向节、铝合金管，槽钢开口朝上固定在长方体上底面的两个相对的边上，万向节的一端与槽钢中部相固定，万向节另一端设置外螺纹，铝合金管的上下两端均设置内螺纹，万向节的外螺纹安装在铝合金管上端的内螺纹里，支座包括方形钢板、螺杆、螺栓、运动测量光球、第一-第四弹簧，螺杆、螺栓均固定在方型钢板上，螺栓位于方型钢板的中心，螺栓安装在铝合金管下端的内螺纹里，运动测量光球安装在螺杆上，方形钢板的四个边中间均开设孔，第一-第四弹簧的第一端分别连接一个孔，第一-第四弹簧的第二端分别连接第五-第八角钢，圆柱模型固定在方形钢板下平面的中心，光学运动捕捉镜头设置在支撑架外。

本实用新型还可以包括：

1、所述的第一-第四弹簧均为非线性弹簧。

2、光学运动捕捉镜头通过数据线连接计算机。

3、圆柱模型的长度不短于1m，第九-第十二角钢以及铝合金管长度相等，均在4-5m内。

本实用新型的优势在于：本实用新型采用变刚度弹簧连接圆柱装置，可通过改变螺旋弹簧中径、弹簧簧丝直径和弹簧螺旋角等方法实现试验所需非线性特性条件。本实用新型装置可应用于循环水槽或者拖曳水池的刚性圆柱涡激振动试验，能更真实地模拟海底悬跨管道与海床接触等非线性刚度下的涡激振动机理。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的垂向约束机构示意图；

图3a为本实用新型的支座结构示意图a，图3b为本实用新型的支座结构示意图b；

图4为本实用新型的支撑架结构示意图；

图5为本实用新型的非线性弹簧示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～5，本实用新型包括非线性弹簧1、垂向约束机构2、圆柱模型3、支座4、支撑架5、数据采集与分析处理系统7.

圆柱模型3采用厚壁钢管，其直径应根据水池或水槽的造流能力确定，在满足试验所需的最大约化速度或雷诺数的条件下，尽可能采用大直径圆柱模型，以获得较大弯曲刚度，避免圆柱模型的弯曲振动。也可以采用较短的圆柱模型，但不能短于1m，避免水槽自由液面影响试验精度。