本发明专利技术提供了一种海洋工程技术领域的双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置，包括：张力腿模型机构、测量分析模块、驱动模块、悬臂模块、底部支撑模块、挡流模块、滑槽模块以及振荡模块。张力腿模型机构通过固定端固定在悬臂模块上，底部支撑模块，驱动模块，悬臂模块垂直连接。振荡模块固定在悬臂模块上，挡流模块通过支架固定在悬臂模块上，底部支撑模块通过高强度螺栓固定在水池钢制升降底上，滑槽模块通过螺栓固定在底部支撑模块上。通过驱动模块带动悬臂旋转。测量分析模块的各测量仪器分散布置于管件模型、悬臂模块和振荡模块之中。本发明专利技术便于拆装，复杂程度低，灵活性高，能够模拟实尺度张力腿、平台顶部运动、剪切流场。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种海洋工程
的装置，具体是一种海洋工程深水池中柔性管件模型在双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置。
技术介绍
海洋内孤立波是在密度分层的海洋中普遍存在的一种典型的恶劣海况，它具有振幅大、持续时间长、非线性等特点。对于张力腿平台来说，频繁活动的内波不仅会对张力腿产生巨大的冲击载荷，还会使其承受双向剪切流的作用而发生涡激振动。所谓涡激振动，是指处于一定速度来流中的柱状结构物，其两侧会发生交替泻涡，柱体会受到与漩涡的生成和泻放相关联的横向和流向的脉动压力，脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。张力腿的涡激振动现象会严重降低其疲劳寿命，因此迫切需要对于该问题进行深入研究，发展可靠的张力腿涡激振动预报方法，为张力腿的工程设计提供帮助。目前，国内外学术界和工程界针对内波流场中张力腿涡激振动现象的研究较少，总体分为模型试验和数值模拟两种方式，直接数值模拟涡激振动存在问题较多，当前经验模型预报软件如SHEAR7等，存在比如效率低、精度差等缺陷，其预报得到的结果常常与试验结果有一定差距，这种差距甚至高达一个或几个数量级，需要进行评估和修正。通过试验方法可以较好地研究张力腿的涡激振动现象，在过去一段时间取得了一定的进展，但总的来说仍存在以下不足之处:1、一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试。2、一般只能模拟均匀流场中张力腿的涡激振动，不能模拟剪切流场中张力腿的涡激振动。3、一般不能模拟张力腿平台顶部运动，试验数据有一定的局限性。4、装置较为复杂、笨重，安装不方便，需要的电机功率很大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置，能够模拟大型实际尺寸张力腿、双向剪切流和海洋平台顶部运动，具有便于拆装、复杂程度低和灵活性高等优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种海洋工程
的双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置，包括:张力腿模型机构、测量分析模块、驱动模块、悬臂模块、底部支撑模块、挡流模块、滑槽模块以及振荡模块;其中，所述张力腿模型机构固定在悬臂模块上，所述底部支撑模块与驱动模块垂直连接，所述驱动模块与悬臂模块垂直连接;所述振荡模块固定在悬臂模块上，所述挡流模块固定在悬臂模块上，所述滑槽模块固定在底部支撑模块上，所述悬臂模块通过驱动模块带动旋转，所述测量分析模块布置于张力腿模型机构和悬臂模块之中。所述双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置整体垂直设置于海洋工程深水池中，双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置的底部支撑模块通过高强度螺栓固定在海洋工程深水池的钢制升降底上，本专利技术便于拆装，复杂程度低，灵活性高，能够模拟实尺度张力腿双向剪切流场和海洋平台顶部运动。优选地，所述张力腿模型机构包括:张力腿模型以及设置于张力腿模型两端的固定端，其中每一个固定端均包括:第一万向节、三分力仪传感器、滑动轴、连接板、张力腿固定接头、直线轴承、缓冲弹簧和张力腿固定座，其中:张力腿固定接头的两端分别与张力腿模型和第一万向节的一端相连，第一万向节的另一端固定设置于三分力仪传感器上，直线轴承一端固定三分力仪传感器，并分别与滑动轴和缓冲弹簧相连，直线轴承设置于张力腿固定座上，张力腿固定座通过连接板固定于悬臂模块的末端。优选地，所述张力腿模型的单位长度质量与其单位长度排开水的质量之比为1:1。优选地，所述测量分析模块包括:测量单元、水下录像单元、计算单元和无线传输单元，其中:计算单元设置于海洋工程深水池的拖车机房内并与无线传输单元相连接，以传输水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，计算单元实时地对接收到的无线测量信号进行存储和处理。优选地，所述驱动模块包括:变速齿轮箱、电机、驱动轴和驱动齿轮，其中:变速齿轮箱两端分别与电机和驱动轴相连接，驱动轴与驱动齿轮相连接，驱动齿轮带动悬臂模块作旋转运动。优选地，电机、变速齿轮箱、驱动齿轮、驱动轴固定设置于底部支撑模块的圆筒轴内部。优选地，所述变速齿轮箱的减速比为40:1。优选地，所述悬臂模块包括:悬臂、稳定支柱、第一斜撑和第二斜撑，其中:所述悬臂分为水平悬臂段和竖向悬臂段，竖向悬臂段通过第一斜撑保证强度，竖向悬臂段的末端与张力腿模型机构中的固定端连接，水平悬臂段的中心与底部支撑模块的圆筒轴通过固定装置连接，悬臂的底部与固定装置的底部之间通过第二斜撑和稳定支柱连接，稳定支柱的下端在与滑槽模块接触的面上分别布置有钢珠。优选地，稳定支柱的下端在与滑槽模块的环状凹形滑槽接触的三个面上分别布置有钢珠，方便稳定支柱在环状滑槽中做旋转运动。稳定支柱起运动稳定作用，防止悬臂转动过程中发生大幅度晃动。斜撑可提高结构强度。优选地，所述悬臂采用中空矩形块结构，内部高度为94mm，外部高度为100mm，宽为0.6m，水平跨距为5m。优选地，所述水平悬臂段和竖向悬臂段焊接在一起。优选地，所述挡流模块包括:底部挡流板和侧面挡流板;其中，底部挡流板通过支架固定在水平悬臂段上，侧面挡流板固定在竖向悬臂段上。优选地，所述滑槽模块包括:滑槽支撑底座和滑槽锁定装置，滑槽支撑底座通过螺栓固定在底部支撑模块上，滑槽锁定装置与滑槽支撑底座通过螺栓连接从而形成环状凹形滑槽，悬臂模块的稳定支柱通过钢珠在环状凹形滑槽内滑动。优选地，所述底部支撑模块包括:圆筒轴和底部基座;其中:圆筒轴的内部放置驱动模块，圆筒轴的下部焊接在底部基座上;滑槽模块通过螺栓固定于底部基座上端，底部基座通过高强度螺栓固定设置于海洋工程深水池的升降底上，进而使双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置设置于海洋工程深水池中。优选地，所述振荡模块包括:水平振荡轨道、水平振荡滑块、第二万向节和振荡电机，其中，所述张力腿模型机构与水平振荡滑块通过第二万向节连接，所述水平振荡滑块连接在所述水平振荡轨道上，并能够在所述水平振荡轨道上做往复运动，所述水平振荡轨道焊接在悬臂模块的竖向悬臂段上，所述振荡电机安装在水平振荡轨道上，用于控制滑块在轨道上运动。与现有技术相比，本专利技术的优点包括:1、本专利技术旋转装置测试时间长，实验数据的稳定性好、准确度高；2、本专利技术能够模拟更加真实的海洋环境，包括双向剪切流和海洋平台顶部运动，以及真实海洋环境中实际尺寸管件大雷诺数的特点，这比以往测试方法有显著的进步；3、本专利技术灵活性高，可以通过振荡模块模拟不同平台运动形式下张力腿的涡激振动；4、本专利技术装置复杂程度低，质量轻，模块化且装卸方便，要求电机功率较低，在性能和效率方面较以往张力腿的涡激振动测试装置有长足进步。【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1是本专利技术结构示意图。图2是测量分析模块示意图。图3是驱动模块的结构正视图。图4是悬臂模块和挡流模块的结构示意图。图5是底部支撑模块的结构示意图。图6是滑槽模块的示意图。图7是张力腿当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双向剪切流下端部可运动的张力腿涡激振动测试装置，其特征在于，包括：张力腿模型机构、测量分析模块、驱动模块、悬臂模块、底部支撑模块、挡流模块、滑槽模块以及振荡模块；其中，所述张力腿模型机构固定在悬臂模块上，所述底部支撑模块与驱动模块垂直连接，所述驱动模块与悬臂模块垂直连接；所述振荡模块固定在悬臂模块上，所述挡流模块固定在悬臂模块上，所述滑槽模块固定在底部支撑模块上，所述悬臂模块通过驱动模块带动旋转，所述测量分析模块布置于张力腿模型机构和悬臂模块之中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付世晓，亢思汗，刘畅，代思宇，卢子琦，蔡曦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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