一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置及测试方法，可用来分析处于直线型受限边界条件内的细长柔性杆受到横向扰动时的失稳特性。实验时，夹持装置、外杆末端固定装置将外杆顶端和底端分别固定，使其保持竖直，轴向载荷施加装置对细长杆施加轴向载荷，同时通过调节液压缸的激振速度及幅值，对外杆产生不同的横向激励，从而使内杆受到横向扰动。实验过程中，记录轴向载荷施加装置中所安装的流量计的流速、压力计的压力，记录外杆末端固定装置中所安装的拉压传感器及扭矩感器的采集数据，通过分析所记录的各个数据，可进一步分析得到横向扰动作用下受限空间内细长杆的失稳机制。

【技术实现步骤摘要】
一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置及测试方法
本专利技术涉及一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置及测试方法，具体地说是用来分析水箱中细长杆下入外杆过程中力学传递特性的一种装置。
技术介绍
近年来，由于具有节省材料且具备较好的力学特性的优点，细长杆在许多工程中得到了广泛的应用，比如利用细长杆制成的起重机悬臂、通过细长杆触发的自动阀门等，尤其在深海石油探勘开发方面，在海洋立管里开展深海资源开发的海洋钻柱及连续油管等均可看成细长杆。但是与其他杆件相比，细长杆具有较大的细长比、较大的挠度的特点，所以在承受轴向载荷作用的工况下更容易产生弯曲或失稳。此外，细长杆有时还会遭受横向载荷，例如海洋作业时细长杆会受到的横向海洋载荷。因此，为了更好的应用细长杆的力学特性，很有必要设计一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置。目前相关的专利有：江苏瑞朗博机械设备有限公司申请的:超压时压杆失稳触发动作的阀门组件201410822709,该装置利用细长杆稳定、失稳两种不同状态对于阀芯组件处于工作位置的影响，实现了超压工况下阀门的自动开启或者关闭。以上专利都是利用细长杆受压情况下失稳特性的实际应用装置，本专利则是模拟横向扰动激励下细长杆失稳特性实验装置，是对细长杆受载荷作用下所表现的力学特性的研究。
技术实现思路
为了研究细长杆在横向扰动激励下的失稳特性，真实反应在海洋载荷等横向载荷作用下的力学行为，本专利技术涉及一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置及测试方法，具体地说是用来分析水箱中细长杆下入外杆过程中力学传递特性的一种装置。本专利技术涉及一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置由主框架1、轴向载荷施加装置2、轴向载荷测试装置3、夹持装置4、玻璃板5、同心杆系统6、外杆末端固定装置7、一号螺栓8、一号螺母9、横向扰动激励装置、密封条11组成。轴向载荷施加装置2通过焊接与主框架1连接；轴向载荷测试装置3通过内部螺纹与轴向载荷施加装置2连接；夹持装置4通过焊接与主框架1连接；玻璃板5通过密封条11与主框架1连接；外杆末端固定装置7通过一号螺栓8、一号螺母9与主框架1连接；横向扰动激励装置通过焊接与主框架1连接。本专利技术实验装置的主框架1由上框架立梁12、上框架纵梁13、上框架横梁14、下框架横梁15、下框架纵梁16、内部横梁17、支撑梁18、底座19、下框架立梁20组成。上框架纵梁13采用焊接的方式与上框架横梁14连接；上框架立梁12通过焊接的方式与下框架立梁20；下框架横梁15通过焊接的方式与下框架纵梁16连接；支撑梁18通过焊接的方式与底座19连接；底座19通过焊接的方式与下框架横梁15连接。本专利技术实验装置的轴向载荷施加装置2由支撑杆21、进油管22、平板23、液压缸24、二号螺栓25、二号螺母26组成。进油管22插入液压缸内，起到液压作用；平板23通过焊接与支撑杆21连接；液压缸24通过二号螺栓25、二号螺母26与平板23连接。本专利技术实验装置的轴向载荷测试装置3由进油管上部27、连接管28、流量计29、压力计30、三号螺栓31、三号螺母32、四号螺栓33、四号螺母34、五号螺栓35、五号螺母36组成。进油管上部27通过内部螺纹与连接管28连接；流量计29通过三号螺栓31、三号螺母32与连接管28连接；压力计30通过四号螺栓33、四号螺母34与流量计29连接；连接管28通过五号螺栓35、五号螺母36与压力计30连接。本专利技术实验装置的夹持装置4由长固定块37、短固定块38、六号螺栓39、六号螺母40组成。长固定块37通过六号螺栓39、六号螺母40与短固定块38连接。本专利技术实验装置的同心杆系统6由七号螺栓41、七号螺母42、拉压传感器43、模拟外杆44、应变片45、细长杆46组成。将内部细长杆46插入模拟外杆44内部，顶端插入轴向载荷施加装置2，底部通过七号螺栓41、七号螺母42与底座19连接；模拟外杆44的中间段由推杆对接块56、推杆57加持，底部插入外杆末端固定装置7；应变片45用胶水贴在模拟外杆44管壁。本专利技术实验装置的外杆末端固定装置7由夹紧块47、夹紧垫圈48、管端固定块49组成。夹紧垫圈48套在管端固定块49外；夹紧块47套在夹紧垫圈48外。本专利技术实验装置的横向扰动激励装置10由纵梁50、横梁51、立梁52、八号螺栓53、八号螺母54、液压缸55、推杆对接块56、推杆57、支撑板58组成。纵梁50采用焊接的方式与横梁51连接；立梁52采用焊接的方式与横梁51连接；立梁52采用焊接的方式与支撑板58连接；液压缸55通过八号螺栓53、八号螺母54与支撑板58连接；推杆对接块56通过焊接的方式与推杆57连接。本专利技术有以下创新点：1.该专利技术的实验装置于水箱内进行实验，最大程度模拟海洋作业环境对横向扰动激励下细长杆失稳特性的影响。2.通过与进油管上部27连接的流量计29、压力计30测量进油的流速和压力，轴向载荷测试装置3测量细长杆前端轴向力大小的情况。3.通过横向扰动激励装置10中液压缸55工作带动推杆57，推动外杆运动以模拟外杆在海洋中所受横向载荷，并用应变片45测量模拟外杆44受力。4.外杆末端固定装置7中通过螺栓旋紧过程中对夹紧垫圈48产生横向夹紧力，向内压紧从而将模拟外杆44底端固定。附图说明图1是本专利技术的实验装置总体三维图；图2是本专利技术的主框架三维图；图3是本专利技术的轴向装置三维图；图4是本专利技术的轴向端测试装置三维图；图5是本专利技术的加持装置三维图；图6是本专利技术的管中管系统三维图；图7是本专利技术的管端固定装置三维图；图8是本专利技术的扰动装置三维图；图9是本专利技术的液压缸注入模型简化图；具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细的描述：一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置由主框架1、轴向载荷施加装置2、轴向载荷测试装置3、夹持装置4、玻璃板5、同心杆系统6、外杆末端固定装置7、一号螺栓8、一号螺母9、横向扰动激励装置10、密封条11、上框架立梁12、上框架纵梁13、上框架横梁14、下框架横梁15、下框架纵梁16、内部横梁17、支撑梁18、底座19、下框架立梁20、支撑杆21、进油管22、平板23、液压缸24、二号螺栓25、二号螺母26、进油管上部27、连接管28、流量计29、压力计30、三号螺栓31、三号螺母32、四号螺栓33、四号螺母34、五号螺栓35、五号螺母36、长固定块37、短固定块38、六号螺栓39、六号螺母40、七号螺栓41、七号螺母42、拉压传感器43、模拟外杆44、应变片45、细长杆46、夹紧块47、夹紧垫圈48、管端固定块49、纵梁50、横梁51、立梁52、八号螺栓53、八号螺母54、液压缸55、推杆对接块56、推杆57、支撑板58组成。结合图1，一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置由主框架1、轴向载荷施加装置2、轴向载荷测试装置3、夹持装置4、玻璃板5、同心杆系统6、外杆末端固定装置7、一号螺栓8、一号螺母9、横向扰动激励装置、密封条11组成。轴向载荷施加装置2通过焊接与主框架1连接，其作用是对细长杆顶端施加轴向力，使细长杆向前运动，通过液压系统可控制油管前进的速度，并测量细长杆的位移量；液压缸注入模型如图9所示，注入过程可用公式表达：P1A＝P2(A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置，其特征在于：包括主框架(1)、轴向载荷施加装置(2)、轴向载荷测试装置(3)、夹持装置(4)、玻璃板(5)、同心杆系统(6)、外杆末端固定装置(7)、一号螺栓(8)、一号螺母(9)、横向扰动激励装置(10)、密封条(11)；轴向载荷施加装置(2)通过焊接与主框架(1)连接；轴向载荷测试装置(3)通过内部螺纹与轴向载荷施加装置(2)连接；夹持装置(4)通过焊接与主框架(1)连接；玻璃板(5)通过密封条(11)与主框架(1)连接；外杆末端固定装置(7)通过一号螺栓(8)、一号螺母(9)与主框架(1)连接；横向扰动激励装置通过焊接与主框架(1)连接。

【技术特征摘要】
1.一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置，其特征在于：包括主框架(1)、轴向载荷施加装置(2)、轴向载荷测试装置(3)、夹持装置(4)、玻璃板(5)、同心杆系统(6)、外杆末端固定装置(7)、一号螺栓(8)、一号螺母(9)、横向扰动激励装置(10)、密封条(11)；轴向载荷施加装置(2)通过焊接与主框架(1)连接；轴向载荷测试装置(3)通过内部螺纹与轴向载荷施加装置(2)连接；夹持装置(4)通过焊接与主框架(1)连接；玻璃板(5)通过密封条(11)与主框架(1)连接；外杆末端固定装置(7)通过一号螺栓(8)、一号螺母(9)与主框架(1)连接；横向扰动激励装置通过焊接与主框架(1)连接。2.如权利要求1所述的一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置，其主框架(1)由上框架立梁(12)、上框架纵梁(13)、上框架横梁(14)、下框架横梁(15)、下框架纵梁(16)、内部横梁(17)、支撑梁(18)、底座(19)、下框架立梁(20)组成；上框架纵梁(13)采用焊接的方式与上框架横梁(14)连接；上框架立梁(12)通过焊接的方式与下框架立梁(20)；下框架横梁(15)通过焊接的方式与下框架纵梁(16)连接；支撑梁(18)通过焊接的方式与底座(19)连接；底座(19)通过焊接的方式与下框架横梁(15)连接。3.如权利要求1所述的一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置，其轴向载荷施加装置(2)由支撑杆(21)、进油管(22)、平板(23)、液压缸(24)、二号螺栓(25)、二号螺母(26)组成；进油管(22)插入液压缸内，起到液压作用；平板(23)通过焊接与支撑杆(21)连接；液压缸(24)通过二号螺栓(25)、二号螺母(26)与平板(23)连接。4.如权利要求1所述的一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置，其轴向载荷测试装置(3)由进油管上部(27)、连接管(28)、流量计(29)、压力计(30)、三号螺栓(31)、三号螺母(32)、四号螺栓(33)、四号螺母(34)、五号螺栓(35)、五号螺母(36)组成；进油管上部(27)通过内部螺纹与连接管(28)连接；流量计(29)通过三号螺栓(31)、三号螺母(32)与连接管(28)连接；压力计(30)通过四号螺栓(33)、四号螺母(34)与流量计(29)连接；连接管(28)通过五号螺栓(35)、五号螺母(36)与压力计(30)连接。5.如权利要求1所述的一种研究横向扰动激励下细长杆失稳特性的实验装置，其夹持装置(4)由长固定块(37)、短固定块(38)、六号螺栓(39)、六号螺母(40)组成；长固定块(37)通过六号螺栓(39)、六号螺母(40)与短固定块(38)连接。6.如权利要求1所述的一种研究横向扰动激...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迎春，李延峰，王新华，刘俊儒，辛雨函，王旭，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11