[发明专利]一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置，其特征在于：包括钻井平台-海底模拟系统、隔水管系统和数据采集系统；

所述钻井平台-海底模拟系统包括基础台架、海水模拟系统和平台运动模拟系统；所述海水模拟系统设置在所述基础台架内，被配置为模拟海水环境；所述平台运动模拟系统设置在所述基础台架的顶部，包括运动平台和驱动机构，所述运动平台通过所述驱动机构水平设置在所述基础台架的顶部，所述驱动机构被配置为驱动所述运动平台模拟钻井平台的运动；

所述隔水管系统设置在所述海水模拟系统内，所述隔水管系统的顶端与所述运动平台连接，所述隔水管系统的底端通过挠性连接件连接于所述海水模拟系统的底部；

所述数据采集系统包括应变片、转角测量器和数据处理器；在所述隔水管系统的内表面和外表面均设置应变片，所述转角测量器设置在挠性连接件上，所述应变片和转角测量器均通过数据传输线与所述数据处理器相连接；

所述隔水管系统包括隔水管试件、伸缩节和张紧器系统，所述隔水管试件安装在所述海水模拟系统内，所述隔水管试件的顶端通过挠性连接件连接所述伸缩节，所述隔水管试件的底端通过挠性连接件连接在所述海水模拟系统的底部；所述伸缩节通过所述张紧器系统连接所述运动平台；

所述张紧器系统包括张紧环和第二驱动件，所述第二驱动件具有固定部以及能够相对于固定部运动的驱动部；所述张紧环固定在所述伸缩节上，两所述第二驱动件分布在所述张紧环的两侧，所述第二驱动件的驱动部连接所述张紧环，所述第二驱动件的固定部铰接于所述运动平台；

所述海水模拟系统包括水缸和底板，所述底板设置在浇筑的水平地面上，所述水缸竖直设置在所述底板上，且所述水缸和底板之间通过密封接头连接，所述水缸内放置海水。

2.如权利要求1所述的一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置，其特征在于：所述驱动机构为六自由度驱动机构，设置在所述基础台架的顶部，被配置为驱动所述运动平台在六自由度方向上分别运动，所述六自由度方向包括笛卡尔坐标系内的三个平移运动以及绕三个坐标轴的旋转运动。

3.如权利要求2所述的一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置，其特征在于：所述驱动机构包括三组驱动件组，每组所述驱动件组包括两第一驱动件，所述第一驱动件具有固定部以及能够相对于所述固定部运动的驱动部，所述第一驱动件的固定部通过连接件连接于所述基础台架的顶部，所述第一驱动件的驱动部通过连接件连接于所述运动平台的底面上，所述连接件具有至少两个转动自由度。

4.如权利要求3所述的一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置，其特征在于：所述驱动机构还包括运动控制器，所述运动控制器采用多轴运动控制器，并与六个所述第一驱动件连接，被配置为控制六个所述第一驱动件的运动，以驱动所述运动平台在六个自由度方向分别运动。

5.如权利要求4所述的一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置，其特征在于：所述第一驱动件采用电动缸，电动缸受伺服电机驱动，运动控制器通过伺服驱动器与伺服电机连接，并被配置为通过调频调压以及调整相位的方式对六个电动缸的运动进行控制。

6.如权利要求1所述的一种模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置，其特征在于：所述基础台架包括井架、扶梯和操作台，所述井架固定于浇筑的水平地面上，所述扶梯倾斜设置在所述井架的一侧，所述扶梯的上端固定于所述井架的顶部，所述扶梯的下端固定于浇筑水平面上，所述操作台设置在所述井架的顶部，所述操作台的中心形成有操作孔，所述海水模拟系统设置在所述井架内，所述平台运动模拟系统设置在所述操作台的顶部。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述装置的模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设置好模拟在平台运动激励下隔水管力学特性的装置；

2)通过驱动机构驱动运动平台作设置幅值、预定周期的升沉运动；

3)通过应变片测量隔水管系统上的应力，转角测量器测量隔水管系统底端的转角，从而得到隔水管系统在平台作预定幅值、预定周期的升沉运动下的力学特性；

4)通过驱动机构改变运动平台的运动姿态、运动幅值和运动周期，使得运动平台分别作横摇运动、纵摇运动、横荡运动、纵荡运动和艏摇运动，完成在运动平台的不同运动激励下隔水管的力学特性研究。