本实用新型专利技术公开了一种适用于涡激振动试验系统的刚度变化装置及方法，涉及海洋动力及流固耦合试验领域，该装置及方法采用实体物理弹簧模拟系统刚度，避免了VCK运用当中的弊端，运用了线性叠加原理，实现了弹簧在滑动系统上挂置点的灵活变动，使得系统刚度的变化工作以及振子预平衡工作更加简单方便，同时使得弹簧的数目及型号的选配、挂置等各个方面更加灵活，从而大幅降低了试验成本与试验周期，增加了试验效率。
【技术实现步骤摘要】
本技术设及海洋动力及流固禪合试验领域，是一种适用于祸激振动试验系统 刚度变化的物理装置。
技术介绍
在特定流速下，长细比较大的绕流纯体后侧会产生交替脱落的縱祸，而因纯体自 身弹性及縱祸脱落引起的压力差会使得纯体按照縱祸脱落的频率（或倍频）做周期性运 动；另一方面，因纯体的周期性运动改变了流场特性，造成流体的泻祸性态发生改变，而该 种改变又再次引起结构物运动的改变；最终，流体和纯体在相互干扰与作用下达到了平 衡，均处于了稳定的运动状态。该种流体和固体相互作用的现象即称为祸激振动。祸激 振动为自然界中最为常见的流固禪合现象，其对人类的生产生活有利有弊。祸激振动对 结构物有巨大的破坏作用，塔型建筑物、桥梁建筑物及海洋立管等长细结构物常因祸激振 动而发生疲劳破坏，1940年化coma大桥的巧塌就为最典型的案例。不过另一方面，人类 也在不断开发和利用祸激振动该一巨大能量，美国密歇根大学的Bernitsas教授提出的 VIVACE(VortexInducedVibrationAquaticCleanEnergy)低速海流发电机就是有效利 用祸激振动能量的典型案例。可见，如何最大程度避免祸激振动有害的一面，同时高效利用 祸激振动有利的一面，成为了祸激振动研究的关键内容。 祸激振动机理研究包括试验和数值两种方式。不过，现有的祸激振动问题多为高 雷诺数问题，数值手段难W模拟。因此，祸激振动的研究多采用试验手段，而众多试验手段 中，弹性支撑的刚性圆柱是最具普遍性、最能体现振动机理的研究方法。然而，该方法存在 两个重要的技术问题；（1)系统刚度的变换，（2)刚度变换后的振子预平衡方法。在传统的 祸激振动试验中，系统刚度一般采用物理方法实现，即线性拉压弹黃，故系统刚度的改变是 通过改变弹黃来实现的。但对于横向布置（振子轴线平行于水平面）的系统，振子质量比m* 的差异会导致刚度变换后振子预平衡工作的极大不确定性。现有试验中因弹黃在滑动系统 上的挂置位置不变，故预平衡工作是通过下列步骤来完成的；（1)调节弹黃的数量、型号W 及挂置于承力架上的位置；（2)平衡位置满足要求后，考察所有弹黃伸长量是否满足要求， 并避免试验过程出现弹黃脱钩（不承力）或屈服的问题；（3)若弹黃伸长量不满足要求，需 重新选配弹黃，重新调节挂置于承力架上的位置，重新预平衡；（4)重复上述各步骤直至满 足系统刚度、平衡位置及弹黃拉伸长度的要求。可见，一组试验前后需要反复试用不同的弹 黃，反复调整平衡位置，反复检测伸长量是否满足要求。该样，不仅使得试验周期增长，试验 成本增加（购置不同型号的弹黃），还需保证承力架有足够的高度W满足挂置点位置的调 整。而且，质量比m*与1差异越大，上述缺陷越为显著。 当然，国内外学者针对上述问题都提出了一些试验技术上的解决方法，如采用 VCK(Visualdampingandspringsystem)代替实体弹黃，或采用竖向布置振子代替横向布 置等方式。VCK是利用传感器，将振动信息反馈至主控系统，主控系统经过计算后将运动程 序传递于伺服电机，而伺服电机再传动装置反馈振动位移，从而近似达到实体物理弹黃的 刚度及系统阻巧的要求。但VCK存在许多问题；（1)传感器、主控系统、伺服电机及传动装置 的使用，必然增大了试验成本；（2)过多的传感器必然改变了试验模型的物理特性（质量、 绕流特性）；（3)VCK并不直观，且试验过程过分依赖传感器与主控系统，一旦出现问题难W 察觉，即使问题被发现又会耗费大量的时间加W解决，从而使得试验周期增长。另一方面， 采用振子的竖向布置形式代替横向布置的方法，的确可W有效避免振子的预平衡问题。不 过，振子的竖向布置一般只适用于静止水槽的拖拽试验当中；对于流动水槽中的祸激振动 试验，槽顶与槽底的流速差异、底部边界与自由液面的影响W及振子两端布置的非对称性 必然使得试验结果存在相当大的偏差。
技术实现思路
针对W上问题，本技术提出一种适用于祸激振动的物理的系统刚度变化装 置。该装置及方法采用实体物理弹黃模拟系统刚度，避免了VCK运用当中的弊端，运用了线 性叠加原理，实现了弹黃在滑动系统上挂置点的灵活变动，使得系统刚度的变化工作W及 振子预平衡工作更加简单方便，同时使得弹黃的数目及型号的选配、挂置等各个方面更加 灵活，从而大幅降低了试验成本与试验周期，增加了试验效率。 为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是： 一种适用于祸激振动试验系统的刚度变化装置，包括挂置轨道、挂钩、卡扣、上部 挂置梁、下部挂置梁、挂置孔、拉力弹黃、滑动架、承力架、滑动轨道，挂钩设置在挂置轨道 上，所述的挂置轨道、挂钩、卡扣、挂置孔的数量与拉力弹黃数量相同，且一一对应；挂置轨 道竖直间隔布置于滑动架之上，并通过线性轴承实现在滑动轨道上的上下滑动；上部挂置 梁与下部挂置梁分别固定于承力架上方和下方，两者均设置挂置孔，且需保证挂置孔在水 平向的投影位置与对应的挂钩相同，拉力弹黃分为上下两组，其两端分别挂置于挂钩和上、 下部挂置梁的挂置孔上；所述的滑动轨道共两条，固定于承力架上；所述的滑动架振子固 定于传力板上，传力板固定于滑动架上。[000引进一步的，所述的挂钩通过卡扣实现在挂置轨道上的移动与固定。 进一步的，所述的挂置轨道和挂钩为侣合金材料或不诱钢材料，上部挂置梁与下 部挂置梁为钢材。 进一步的，所述的传力板为侣合金材料，振子为有机玻璃材料。 本技术装置的刚度变化方法，具有如下步骤：[001引1)确定系统模型的振动质量比m* ; 2)确定试验工况所需的系统刚度K，选定拉力弹黃的型号与尺寸，配置拉力弹黃； 3)若各拉力弹黃型号尺寸不相同，则挂置点的计算应满足式（1)、式（2)，若各拉 力弹黃型号、尺寸均相同，则挂置点的计算应满足式（3)、式（4); 4)基于拉力弹黃的挂置尺寸，将挂钩定位于挂置轨道上，并通过卡扣进行固定； 5)将拉力弹黃分别挂置于挂置孔与挂钩上； 6)观察振子在水中的平衡位置，若还有偏差则继续微调挂钩在挂置轨道上的位置 直至满足要求； 若各拉力弹黃尺寸型号均不相同，则挂置点需满足如下等式：【主权项】1. 一种适用于涡激振动试验系统的刚度变化装置，其特征是：包括挂置轨道、挂钩、卡 扣、上部挂置梁、下部挂置梁、挂置孔、拉力弹簧、滑动架、承力架、滑动轨道，挂钩设置在挂 置轨道上，所述的挂置轨道、挂钩、卡扣、挂置孔的数量与拉力弹簧数量相同，且一一对应； 挂置轨道竖直间隔布置于滑动架之上，并通过线性轴承实现在滑动轨道上的上下滑动；上 部挂置梁与下部挂置梁分别固定于承力架上方和下方，两者均设置挂置孔，且需保证挂置 孔在水平向的投影位置与对应的挂钩相同，拉力弹簧分为上下两组，其两端分别挂置于挂 钩和上、下部挂置梁的挂置孔上；所述的滑动轨道共两条，固定于承力架上；所述的滑动架 振子固定于传力板上，传力板固定于滑动架上。2. 根据权利要求1所述的适用于涡激振动试验系统的刚度变化装置，其特征是：所述 的挂钩通过卡扣实现在挂置轨道上的移动与固定。3. 根据权利要求1所述的适用于涡激振动试验系统的刚度变化装置，其特征是：所述 的挂置轨道和挂钩为铝合金材料或不锈钢材料，上部挂置梁与下部挂置梁为钢材。4. 根据权本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于涡激振动试验系统的刚度变化装置，其特征是：包括挂置轨道、挂钩、卡扣、上部挂置梁、下部挂置梁、挂置孔、拉力弹簧、滑动架、承力架、滑动轨道，挂钩设置在挂置轨道上，所述的挂置轨道、挂钩、卡扣、挂置孔的数量与拉力弹簧数量相同，且一一对应；挂置轨道竖直间隔布置于滑动架之上，并通过线性轴承实现在滑动轨道上的上下滑动；上部挂置梁与下部挂置梁分别固定于承力架上方和下方，两者均设置挂置孔，且需保证挂置孔在水平向的投影位置与对应的挂钩相同，拉力弹簧分为上下两组，其两端分别挂置于挂钩和上、下部挂置梁的挂置孔上；所述的滑动轨道共两条，固定于承力架上；所述的滑动架振子固定于传力板上，传力板固定于滑动架上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：燕翔，张军，任泉超，刘昉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12
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