一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，包括智能断缆装置、实验模型、系泊缆和智能控制及监测系统，根据实验方案进行完整系泊实验和断缆实验，通过智能控制及监测系统控制智能断缆装置从而控制系泊缆断开，通过智能控制及监测系统实时监测断缆之前、断缆瞬间及断缆之后实验模型的动力响应，实时监测不同时刻各个所述系泊缆的动力响应，以及监测实验模型的位移时程数据、加速度时程数据和各个所述系泊缆的张力时程数据；调整实验方案，进行不同实验方案的实验。本发明专利技术模拟实验条件下浮式系泊结构的断缆控制，可以准确模拟系泊缆发生断裂时浮体的瞬态动力响应和系泊缆的动力特性，解决了实验条件下进行断缆瞬态控制和监测的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法
本专利技术涉及海洋浮式结构系泊分析与实验技术，特别涉及一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法。
技术介绍
当浮式结构物在作业海域从事生产活动时，其位置和方向一般由系泊系统来维持。作为一种永久系泊浮式结构物，浮式基础及其系泊系统在其寿命周期内既要承受温和的海况，更不可避免会遭遇各种海况、疲劳、腐蚀等情况带来的影响，可能会导致系泊缆发生断裂，从而对结构的安全产生影响。在海洋浮式结构物的设计阶段，考虑系泊系统的损伤分析是必要的环节之一，更对整个系统安全产生重要影响的关键要素之一。为此国内外学者针对不同型式的浮式结构物展开了一系列的研究。主要采用数值方法研究系泊缆发生断裂的情况下的瞬态运动，包括浮体结构瞬态的动力响应、系泊缆张力、系泊缆张力过冲现象等。研究结果表明，任何浮式结构系泊缆的断裂或丢失都会导致系泊系统的失效，更有甚者会导致诸如碰撞、倾覆或者沉没等严重的安全事故。因此作为浮式结构物重要组成部分之一，系泊系统的性质将会对整个系统的动力响应特性产生巨大的影响。研究表明系泊缆的断裂情况下的瞬态动力响应分析一直是国内外学者关注的重点，准确模拟系泊缆的动力特性对浮式系泊结构的安全极为重要。目前研究多数采用数值模拟方式，鲜少有关于实验模拟系泊缆断裂瞬态动力响应。然而，与数值模拟相比，实验模拟尤其不可替代的地位和优势，对于实际工程十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服实验条件下模拟浮式结构断缆瞬态力学分析和结构物瞬态运动响应的局限性，提供一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，自动控制系泊缆的断缆，为浮式结构的断缆研究提供实验依据。本专利技术所采用的技术方案是：一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，包括智能断缆装置、实验模型、系泊缆、供电装置和智能控制及监测系统，所述智能控制及监测系统包括上位机、位移传感器、加速度传感器和张力传感器；实验模拟方法包括以下步骤：步骤1，加工所述实验模型置于实验水池内，并确定实验方案；步骤2，根据实验方案确定所述智能断缆装置的安装数量，其中，所述智能断缆装置包括推拉式电磁铁、固定支架和系泊缆连接环，所述固定支架的下部设置有上夹板和下夹板；所述推拉式电磁铁通过固定螺母固定在所述固定支架上并位于所述上夹板上方，所述推拉式电磁铁包括动铁芯和线圈，所述推拉式电磁铁的动铁芯穿过所述固定支架的上夹板、所述系泊缆连接环和所述固定支架的下夹板，通过所述上夹板和所述下夹板将所述系泊缆连接环固定在所述智能断缆装置上；步骤3，根据实验方案将所述智能断缆装置安装在所述实验模型相应的导缆孔位置，所述系泊缆的第一端部固定在所述水池的底部，所述系泊缆的第二端部固定在所述智能断缆装置的系泊缆连接环上，所述系泊缆通过所述智能断缆装置将系泊缆和实验模型连接在一起；在所述实验模型上安装所述位移传感器和所述加速度传感器，在每根所述系泊缆上安装所述张力传感器，连接供电装置和智能控制与监测系统及智能断缆装置，并将所述上位机接入所述智能断缆装置、所述张力传感器、所述位移传感器和所述加速度传感器；步骤4，根据实验方案需要，进行浮式结构系泊完整系泊实验，通过所述智能控制及监测系统，监测所述实验模型在完整系泊下的动力响应和所似乎系泊缆的张力；步骤5，根据实验方案需要，进行断缆实验，通过所述智能控制及监测系统，控制其中一个或者几个所述推拉式电磁铁的所述线圈通电，从而控制所述动铁芯的向上运动，使得所述线圈通电的所述智能断缆装置上的系泊缆断开；通过所述智能控制及监测系统，实时监测断缆之前、断缆瞬间及断缆之后所述实验模型的动力响应，实时监测不同时刻各个所述系泊缆的动力响应，以及监测所述实验模型的位移时程数据、加速度时程数据和各个所述系泊缆的张力时程数据；步骤6，通过智能控制及监测系统，控制步骤4中与所述实验模型断开连接的所述系泊缆所对应的所述推拉式电磁铁的所述线圈断电，从而使得所述动铁芯在弹簧的作用下复位，将所述系泊缆连接环重新固定在所述智能断缆装置上，从而重新连接所述系泊缆与所述实验模型；步骤7，调整实验方案，重复步骤3至步骤5，进行不同实验方案的实验。进一步地，步骤1中，所述的确定实验方案为确定所述系泊缆的配置和断缆的模拟工况，所述系泊缆的配置包括系泊缆之间的夹角、系泊缆的方位、系泊缆的数量、导缆孔位置、系泊缆的种类和选材。进一步地，步骤7中，所述的调整实验方案为调整系泊缆的张力、调整系泊缆的长度或更换一组不同材质的系泊缆的其中一种或组合。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，模拟实验条件下浮式系泊结构的断缆控制，可以准确模拟系泊缆发生断裂时浮体的瞬态动力响应和系泊缆的动力特性，解决了实验条件下进行断缆瞬态控制和监测的难题；2、本专利技术的智能断缆装置，通过上位机控制智能断缆装置实现系泊缆的瞬间断裂，智能化程度高，简单易行，便于操作，降低了实验操作难度和失误率；系泊断缆后，可以将系泊缆重新连接在装置上，反复进行系泊缆的断缆和连接，实验可重复性强，有利反复试验，保证了实验测试的可控性和准确性，便于根据实验进行方案调整；3、本专利技术的智能断缆装置，设备简单，造价低，装置设计简单，安装方便，便于实现断缆控制；可用于多种海洋结构的系泊断缆分析，通用性强；在实验工程中本装置安装在实验模型相应位置，装置小巧轻便，不影响系泊缆和浮式结构的动力响应特性；4、本专利技术的智能断缆装置，可以根据不同的实验需求，进行多种材质的系泊缆的更换，简单快捷，可对比性强；5、本专利技术的智能断缆装置，可以根据实验需求，同时控制几根缆的断缆装置，满足实验的测试多样性；6、本专利技术的一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，安装有智能控制及监测系统，连接有智能控制、监测和数据库系统，操作方便、监测实时，存储方便，便于实时进行数据的对比和结果的验证。附图说明图1：本专利技术一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法所采用的实验模拟系统示意图；图2：本专利技术的智能断缆装置与实验模型连接布置示意图；图3：本专利技术的智能断缆装置立体图；图4a：本专利技术的智能断缆装置侧视图；图4b：本专利技术的智能断缆装置主视图；图4c：本专利技术的智能断缆装置后视图；附图标注：1、智能断缆装置；2、实验模型；3、系泊缆；4、供电装置；5、上位机；11、推拉式电磁铁；12、固定支架；13、系泊缆连接环；14、固定螺母；111、动铁芯；112、线圈；121、上夹板；122、下夹板。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：本专利技术基于海洋工程结构动力学，提出一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，实现实验室中海洋浮式结构物系泊分析、断缆瞬态分析、浮式结构瞬态动力响应研究等多方面功能。针对系泊缆3突然发生断裂的情况，通过实验方法分析断裂系泊缆3以及海洋结构物的瞬态动力响应特性。对准确模拟海洋结构在系泊和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，其特征在于，包括智能断缆装置(1)、实验模型(2)、系泊缆(3)、供电装置(4)和智能控制及监测系统，所述智能控制及监测系统包括上位机(5)、位移传感器、加速度传感器和张力传感器；实验模拟方法包括以下步骤：/n步骤1，加工所述实验模型(2)置于实验水池内，并确定实验方案；/n步骤2，根据实验方案确定所述智能断缆装置(1)的安装数量，其中，所述智能断缆装置(1)包括推拉式电磁铁(11)、固定支架(12)和系泊缆连接环(13)，所述固定支架(12)的下部设置有上夹板(121)和下夹板(122)；所述推拉式电磁铁(11)通过固定螺母(14)固定在所述固定支架(12)上并位于所述上夹板(121)上方，所述推拉式电磁铁(11)包括动铁芯(111)和线圈(112)，所述推拉式电磁铁(11)的动铁芯(111)穿过所述固定支架(12)的上夹板(121)、所述系泊缆连接环(13)和所述固定支架(12)的下夹板(122)，通过所述上夹板(121)和所述下夹板(122)将所述系泊缆连接环(13)固定在所述智能断缆装置(1)上；/n步骤3，根据实验方案将所述智能断缆装置(1)安装在所述实验模型(2)相应的导缆孔位置，所述系泊缆(3)的第一端部固定在所述水池的底部，所述系泊缆(3)的第二端部固定在所述智能断缆装置(1)的系泊缆连接环(13)上，所述系泊缆(3)通过所述智能断缆装置(1)将系泊缆(3)和实验模型(2)连接在一起；在所述实验模型(2)上安装所述位移传感器和所述加速度传感器，在每根所述系泊缆(3)上安装所述张力传感器，连接供电装置(4)和智能控制与监测系统及智能断缆装置(1)，并将所述上位机(5)接入所述智能断缆装置(1)、所述张力传感器、所述位移传感器和所述加速度传感器；/n步骤4，根据实验方案需要，进行浮式结构系泊完整系泊实验，通过所述智能控制及监测系统，监测所述实验模型(2)在完整系泊下的动力响应和所似乎系泊缆(3)的张力；/n步骤5，根据实验方案需要，进行断缆实验，通过所述智能控制及监测系统，控制其中一个或者几个所述推拉式电磁铁(11)的所述线圈(112)通电，从而控制所述动铁芯(111)的向上运动，使得所述线圈(112)通电的所述智能断缆装置(1)上的系泊缆(3)断开；通过所述智能控制及监测系统，实时监测断缆之前、断缆瞬间及断缆之后所述实验模型(2)的动力响应，实时监测不同时刻各个所述系泊缆(3)的动力响应，以及监测所述实验模型(2)的位移时程数据、加速度时程数据和各个所述系泊缆(3)的张力时程数据；/n步骤6，通过智能控制及监测系统，控制步骤4中与所述实验模型(2)断开连接的所述系泊缆(3)所对应的所述推拉式电磁铁(11)的所述线圈(112)断电，从而使得所述动铁芯(111)在弹簧的作用下复位，将所述系泊缆连接环(13)重新固定在所述智能断缆装置(1)上，从而重新连接所述系泊缆(3)与所述实验模型(2)；/n步骤7，调整实验方案，重复步骤3至步骤5，进行不同实验方案的实验。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟方法，其特征在于，包括智能断缆装置(1)、实验模型(2)、系泊缆(3)、供电装置(4)和智能控制及监测系统，所述智能控制及监测系统包括上位机(5)、位移传感器、加速度传感器和张力传感器；实验模拟方法包括以下步骤：
步骤1，加工所述实验模型(2)置于实验水池内，并确定实验方案；
步骤2，根据实验方案确定所述智能断缆装置(1)的安装数量，其中，所述智能断缆装置(1)包括推拉式电磁铁(11)、固定支架(12)和系泊缆连接环(13)，所述固定支架(12)的下部设置有上夹板(121)和下夹板(122)；所述推拉式电磁铁(11)通过固定螺母(14)固定在所述固定支架(12)上并位于所述上夹板(121)上方，所述推拉式电磁铁(11)包括动铁芯(111)和线圈(112)，所述推拉式电磁铁(11)的动铁芯(111)穿过所述固定支架(12)的上夹板(121)、所述系泊缆连接环(13)和所述固定支架(12)的下夹板(122)，通过所述上夹板(121)和所述下夹板(122)将所述系泊缆连接环(13)固定在所述智能断缆装置(1)上；
步骤3，根据实验方案将所述智能断缆装置(1)安装在所述实验模型(2)相应的导缆孔位置，所述系泊缆(3)的第一端部固定在所述水池的底部，所述系泊缆(3)的第二端部固定在所述智能断缆装置(1)的系泊缆连接环(13)上，所述系泊缆(3)通过所述智能断缆装置(1)将系泊缆(3)和实验模型(2)连接在一起；在所述实验模型(2)上安装所述位移传感器和所述加速度传感器，在每根所述系泊缆(3)上安装所述张力传感器，连接供电装置(4)和智能控制与监测系统及智能断缆装置(1)，并将所述上位机(5)接入所述智能断缆装置(1)、所述张力传感器、所述位移传感器和所述加速度传感器；
步骤4，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志娟，谢芃，李焱，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12