[发明专利]一种连续式水下机械臂涡激振动测试装置

说明书

本发明公开了一种连续式水下机械臂涡激振动测试装置，包括水槽，在水槽的上方安装有动力模块、传动模块；动力模块通过传动模块与一个位于水槽内的旋转杆中心位置相连，驱动旋转杆旋转；在所述旋转杆的至少一端可拆卸连接一个角度调节结构，角度调节结构底部通过夹具与水下机械臂相连；在水下机械臂上设有加速度传感器，水槽内安装有流速计；流量计以及加速度传感器与数据处理装置相连，数据处理装置与显示装置相连。

技术领域

本发明属于流体力学领域，具体涉及一种连续式水下机械臂涡激振动测试装置。

背景技术

涡激振动是自然界普遍存在的一种现象。从流体角度分析，所有柱状结构，在一定的流速下都会在结构两侧交替地产生脱离结构表面的旋涡。当这种漩涡的发放频率与结构自振频率接近时，就会发生频率锁定。频率锁定现象极易引起水下结构的损坏，从而造成不可挽回的环境破坏与经济损失。

水下机械臂作为典型的柱体结构，在海洋捕捞、资源探索等方面起到了不容忽视的作用。当水下机械臂受到涡激振动时，会导致水下机械臂的运动发生偏移，从而影响其水下捕捞作业的稳定性，影响工作效率。所以说，研究涡激振动对于实际生产具有重要意义，它可以为水下机械臂的设计与优化提供保障与参考。我们所研究的水下机械臂的涡激振动参数主要包括振动位移、响应幅值、模态特征等。

目前为止，研究水下结构涡激振动的方法主要有三种：数值仿真，经验模型与模型试验。数值仿真与经验模型的研究结果可以作为理论参考，与真实环境下的涡激振动相比仍在一定差距。模型试验作为一种可靠、有效的研究方法，更接近实际流场，一直受到研究者的青睐。现有的涡激振动试验测试大多在大型拖曳试验水槽中进行，场地的造流系统主要分为循环造流水泵与大型拖车。循环造流水泵可以制造不同流速、不同流向的水流。拖车可以拖动水下结构在大型试验水槽作往复运动，用水下结构与静水的相对运动模拟比较平稳的水流。此外，以往试验数据采集与分析的方法是采用光纤光栅传感器收集在某一时刻、位置的应变信息，通过振型函数叠加原理、梁理论等关系式列出方程组，求解确定各阶模态的权系数，带入叠加方程后得到振动位移，进而分析振动频率、响应幅值与模态特征，最终达到研究水下结构涡激振动的目的。然而这些试验仍然存在一些不足之处：

1.造流水泵的流速不易控制，而大型拖曳试验需要足够的空间供拖车航行，对场地要求高，建造成本较大。此外，由于需要驱动大型航车，所以也存在体积大，结构复杂的问题。

2.试验测试路线为直线式，当拖车行驶至试验水池边界时需要变换方向行驶，十分不便，同时也无法连续测试水下结构涡激振动。

3.当拖曳速度较快时，会导致测试时间短，测试结果不够准确。

4.试验测试中往往忽略了水下结构的运动姿态，就水下机械臂而言，在实际工作中是时刻运动的，这些试验装置无法测量水下结构在不同运动状态的涡激振动。

5.试验装置调速形式单一，只能通过改变拖车的速度或者调节造流水泵来达到调速目的，调速范围较小。

6.测试结构位置固定，在试验中不易改变测试结构的安装位置与水流的方向，通常只能模拟一个工况。

7.试验一般采用光纤光栅传感器，在恶劣环境中或者受外力较大时容易破坏，寿命较短。

发明内容

为了解决上述不足并得到水下机械臂准确的涡激振动参数，本发明提供了一种连续式涡激振动试验测试装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种连续式水下机械臂涡激振动测试装置，包括水槽，在水槽的上方安装有动力模块、传动模块；所述的动力模块通过传动模块与一个位于水槽内的旋转杆中心位置相连，驱动旋转杆旋转；在所述旋转杆的至少一端可拆卸连接一个角度调节结构，所述的角度调节结构底部通过夹具与水下机械臂相连；在所述的水下机械臂上设有加速度传感器，水槽内安装有流速计；所述的流速计以及加速度传感器与数据处理装置相连，所述的数据处理装置与显示装置相连。