模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置，本发明专利技术可以实现立管在剪切流作用下的涡激振动测试；可以模拟不同刚度海床下立管受到顶部平台影响后的运动情况；可以充分利用海洋工程深水池的深度模拟大型管件的实雷诺数涡激振动；可以充分利用海洋工程深水池的宽度在大型管件周边布置实时监控设备，根据不同需要对模型的形状进行调整；采用模块化设计，优点在于便于安装，便于升级与更改，并满足不同的功能要求；能够模拟立管在变底部类剪切流作用下的运动，进行更为真实的涡激振动测试。

【技术实现步骤摘要】
模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置
本专利技术属于海洋工程领域，具体地涉及一种可模拟海底管土作用与剪切流共同影响的测量细长立管动力响应，同时监测涡激振动(VIV)的实验装置。
技术介绍
在风浪流的作用下，海洋浮式结构物将带动悬链线立管在水中作周期性往复运动，从而在立管运动方向上产生相对振荡来流，这种振荡来流将激励立管悬垂段发生“间歇性”的涡激振动。在浮体运动和环境载荷作用下，立管与海床的相互作用，会使立管产生非常大的弯曲应力，容易发生疲劳破坏。近几年来，随着深海石油系统的开发，工程上开始大量采用悬链式立管。深水环境中的立管可视为细长柔性结构，此时小变形理论不再适用，这使得立管的涡激振动问题更加突出，因此对于细长柔性立管顶部平台与海床作用下的整体涡激振动响应特性的分析是其能否应用于工程实践的关键所在。以往预报细长海洋结构物的涡激振动危害最常用的方法是数值计算SHEAR7、VIVA、VIVANA，这种通过理论公式来预测荷载和响应的方法至今仍具有很大的不确定性。目前为止，对柔性管涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。模型试验中观察到的现象更接近于自然界的真实情况。通过对现有技术的检索，立管模型试验一般在拖曳海洋工程深水池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动的测试。发表于“AppliedOceanResearch(2013)”43刊中的论文“Experimentswithasteelcatenaryrisermodelinatowingtank”(拖曳水池中的细长柔性立管模型实验),在拖曳水池中通过运行与立管相连接的车厢来模拟立管周围的稳定流场，在立管上安装微型加速度测量仪监测立管的状态。分析此种测试技术，发现其不足点在于：1、考虑到拖曳水池的深度，一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效地进行实雷诺数下的涡激振动测试2、无法通过实验模拟立管与海床的相互作用3、不易于布置立管周围的水下监控设备，在进行缓波型立管模型测试时不能调节立管的形状4、不能进行一定流速下的强迫振荡实验5、在实验中安装立管过程较复杂6、不能有效模拟海洋平台的运动。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置，旨在分析细长柔性立管在变底部类剪切流作用下的整体涡激振动响应特性。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块和测量分析控制模块，所述顶部边界模块通过螺丝和深海立管模块相连接，所述顶部边界模块固定在固定模块上，所述底部边界模块通过螺丝Ⅰ与所述深海立管模块相连接，所述固定模块中的一端安装在顶部滑动模块上，所述底部滑动模块的底端连接在底部边界模块上，所述测量分析控制模块放置于拖车上，所述深海立管模块包括深海立管模型和光纤传感器，所述光纤传感器设置在所述深海立管模型上，所述深海立管模型的顶端和顶部边界模块相连接，所述深海立管模型的底部和底部边界模块相连接，所述的顶部边界模块包括顶部夹具外缘、螺丝、顶部夹具底板、第一垫板、第一万向节固定板、第一万向节转动装置，第二万向节固定板、第一三分力仪固定板、第一三分力仪、第一调整组件和第一楔块，所述顶部夹具外缘通过螺丝和深海立管模型相连接，两者在同一平面内，所述顶部夹具底板与所述顶部夹具外缘固接，所述顶部夹具底板与通过螺丝与所述第一垫板相连，所述第一万向节固定板与第一垫板和第一万向节转动装置相连接，所述第一万向节转动装置与第一万向节固定板和第二万向节固定板固接，，所述第二万向节固定板和第一三分力仪固定板一侧连接，所述第一三分力仪固定板的另一侧和第一三分力仪连接，所述第一三分力仪的末端与第一调整组件相连接，所述第一调整组件的另一侧固接在第一楔块上，所述的底部边界模块包括底部夹具外缘、螺丝Ⅰ、底部夹具底板、第二垫板、第三万向节固定板、第二万向节转动装置、第四万向节固定板、第二三分力仪固定板、第二三分力仪和底部固定板，所述底部夹具外缘通过螺丝Ⅰ与所述深海立管模型相连接，两者在同一平面内，所述底部夹具底板与所述底部夹具外缘固接，所述底部夹具底板与第二垫板固接，所述第三万向节固定板与第二垫板和第二万向节转动装置相连接，所述第二万向节转动装置与第三万向节固定板和第四万向节固定板固接，所述第四万向节固定板和第二三分力仪固定板一侧连接，所述第二三分力仪固定板的另一侧和第二三分力仪连接，所述第二三分力仪的末端与底部固定板相连接，所述固定模块包括整流罩，垂直固定板和垂直固定块，所述的顶部滑动模块包括第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、第一滑动轨道和第一支撑架，所述的垂直固定板安装在第一滑块上，所述垂直固定板上滑动安装有垂直固定块，两侧分别安装有整流罩，所述垂直固定块与第一楔块相固接，所述第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连接，所述第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块上，所述第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并且与垂直固定板相连接，所述第一支撑架固接在测量分析控制模块上，使其可以连动，所述的底部沙板模块包括变沙板面板、面板补板、面板连接块、第二动力组件、第二法兰装置、第二连接块、第二导链、底部固定轨道和第二支撑架，所述变沙板面板的底端连接在底部固定板上，所述面板连接块焊接在变沙板面板的正下方，并与两块面板补板相连接，所述面板补板焊接在第二连接块上，所述第二动力组件通过第二法兰装置与底部固定轨道相连接，所述第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二连接块上，所述第二连接块滑动支撑在底部固定轨道上，所述第二支撑架支撑在水池假底上。其中，所述底部固定板焊接在变沙板面板上。其中，所述第一楔快的侧面固定在所述垂直固定块上。其中，所述测量分析控制模块包括数据采集处理器、运动控制器和显示器，所述数据采集处理器的输入端与所述顶部边界模块中的第一三分力仪和底部边界模块中的单分力仪，以及光纤传感器相连接，其输出端与显示器相连接；所述运动控制器包括运动控制输出窗口和图像显示端口，所述运动控制输出窗口与所述顶部滑动模块的第一动力组件以及所述底部沙板模块的第二动力组件相连接，所述图像显示端口与显示器相连接本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：1、本专利技术可以实现立管在剪切流作用下的涡激振动测试；2、本专利技术可以模拟不同刚度海床下立管受到顶部平台影响后的运动情况；3、本专利技术可以充分利用海洋工程深水池的深度模拟大型管件的实雷诺数涡激振动；4、本专利技术可以充分利用海洋工程深水池的宽度在大型管件周边布置实时监控设备，根据不同需要对模型的形状进行调整；5、本专利技术采用模块化设计，优点在于便于安装，便于升级与更改，并满足不同的功能要求；6、本专利技术能够模拟立管在变底部类剪切流作用下的运动，进行更为真实的涡激振动测试。附图说明图1是本专利技术提供的实验装置的结构示意图。图2是本专利技术提供的实验装置的顶部结构图。图3是本专利技术提供的实验装置的底部结构图。图4是本专利技术提供的深海立管模块的结构示意图。图5是本专利技术提供的顶部边界模块的结构示意图。图6是本专利技术提供的底部边界模块的结构示意图。图7是本专利技术提供的固定模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置，其特征在于，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块和测量分析控制模块，所述顶部边界模块通过螺丝和深海立管模块相连接，所述顶部边界模块固定在固定模块上，所述底部边界模块通过螺丝I与所述深海立管模块相连接，所述固定模块中的一端安装在顶部滑动模块上，所述底部滑动模块的底端连接在底部边界模块上，所述测量分析控制模块放置于拖车上，所述深海立管模块包括深海立管模型和光纤传感器，所述光纤传感器设置在所述深海立管模型上，所述深海立管模型的顶端和顶部边界模块相连接，所述深海立管模型的底部和底部边界模块相连接，所述的顶部边界模块包括顶部夹具外缘、螺丝、顶部夹具底板、第一垫板、第一万向节固定板、第一万向节转动装置，第二万向节固定板、第一三分力仪固定板、第一三分力仪、第一调整组件和第一楔块，所述顶部夹具外缘通过螺丝和深海立管模型相连接，两者在同一平面内，所述顶部夹具底板与所述顶部夹具外缘固接，所述顶部夹具底板与通过螺丝与所述第一垫板相连，所述第一万向节固定板与第一垫板和第一万向节转动装置相连接，所述第一万向节转动装置与第一万向节固定板和第二万向节固定板固接，，所述第二万向节固定板和三分力仪固定板一侧连接，所述三分力仪固定板的另一侧和三分力仪连接，所述三分力仪的末端与第一调整组件相连接，所述第一调整组件的另一侧固接在第一楔块上，所述的底部边界模块包括底部夹具外缘、螺丝I、底部夹具底板、第二垫板、第三万向节固定板、第二万向节转动装置、第四万向节固定板、第二三分力仪固定板、第二三分力仪和底部固定板，所述底部夹具外缘通过螺丝I与所述深海立管模型相连接，两者在同一平面内，所述底部夹具底板与所述底部夹具外缘固接，所述底部夹具底板与第二垫板固接，所述第三万向节固定板与第二垫板和第二万向节转动装置相连接，所述第二万向节转动装置与第三万向节固定板和第四万向节固定板固接，所述第四万向节固定板和第二三分力仪固定板一侧连接，所述三分力仪固定板的另一侧和三分力仪连接，所述三分力仪的末端与底部固定板相连接，所述固定模块包括整流罩，垂直固定板和垂直固定块，所述的顶部滑动模块包括第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、第一滑动轨道和第一支撑架，所述的垂直固定板安装在第一滑块上，所述垂直固定板上滑动安装有垂直固定块，两侧分别安装有整流罩，所述垂直固定块与第一楔块相固接，所述第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连接，所述第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块上，所述第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并且与垂直固定板相连接，所述第一支撑架固接在测量分析控制模块上，使其可以连动，所述的底部沙板模块包括变沙板面板、面板补板、面板连接块、第二动力组件、第二法兰装置、第二连接块、第二导链、底部固定轨道和第二支撑架，所述变沙板面板的底端连接在底部固定板上，所述面板连接块焊接在变沙板面板的正下方，并与两块面板补板相连接，所述面板补板焊接在第二连接块上，所述第二动力组件通过第二法兰装置与底部固定轨道相连接，所述第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二连接块上，所述第二连接块滑动支撑在底部固定轨道上，所述第二支撑架支撑在水池假底上。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟海底管土与剪切流的深海细长立管动力响应测试装置,其特征在于，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块和测量分析控制模块，所述顶部边界模块通过螺丝和深海立管模块相连接，所述顶部边界模块固定在固定模块上，所述底部边界模块通过螺丝Ⅰ与所述深海立管模块相连接，所述固定模块中的一端安装在顶部滑动模块上，所述底部滑动模块的底端连接在底部边界模块上，所述测量分析控制模块放置于拖车上，所述深海立管模块包括深海立管模型和光纤传感器，所述光纤传感器设置在所述深海立管模型上，所述深海立管模型的顶端和顶部边界模块相连接，所述深海立管模型的底部和底部边界模块相连接，所述的顶部边界模块包括顶部夹具外缘、螺丝、顶部夹具底板、第一垫板、第一万向节固定板、第一万向节转动装置，第二万向节固定板、第一三分力仪固定板、第一三分力仪、第一调整组件和第一楔块，所述顶部夹具外缘通过螺丝和深海立管模型相连接，两者在同一平面内，所述顶部夹具底板与所述顶部夹具外缘固接，所述顶部夹具底板与通过螺丝与所述第一垫板相连，所述第一万向节固定板与第一垫板和第一万向节转动装置相连接，所述第一万向节转动装置与第一万向节固定板和第二万向节固定板固接，所述第二万向节固定板和第一三分力仪固定板一侧连接，所述第一三分力仪固定板的另一侧和第一三分力仪连接，所述第一三分力仪的末端与第一调整组件相连接，所述第一调整组件的另一侧固接在第一楔块上，所述的底部边界模块包括底部夹具外缘、螺丝Ⅰ、底部夹具底板、第二垫板、第三万向节固定板、第二万向节转动装置、第四万向节固定板、第二三分力仪固定板、第二三分力仪和底部固定板，所述底部夹具外缘通过螺丝Ⅰ与所述深海立管模型相连接，两者在同一平面内，所述底部夹具底板与所述底部夹具外缘固接，所述底部夹具底板与第二垫板固接，所述第三万向节固定板与第二垫板和第二万向节转动装置相连接，所述第二万向节转动装置与第三万向节固定板和第四万向节固定板固接，所述第四万向节固定板和第二三分力仪固定板一侧连接，所述第二三分...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亚东，欧绍武，蔡曦，付世晓，林易，马磊鑫，朱一飞，冯辉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31