一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟系统，包括实验模型，智能断缆装置，系泊缆和智能控制及监测系统，所述智能断缆装置固定在实验模型的导缆孔位置；所述系泊缆的一端固定在水池的底部、另一端连接在智能断缆装置上，通过智能断缆装置将系泊缆连接在实验模型的导缆孔位置，同时，能通过智能断缆装置将系泊缆与实验模型断开连接；所述智能控制及监测系统控制智能断缆装置实现系泊缆的断缆控制，并实现实验模型的动力响应监测和系泊缆的瞬态张力监测。本实用新型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。

An intelligent experimental simulation system for mooring and cable breaking of floating structure

【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系统
本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系统。
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系统，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系统，包括：实验模型，所述实验模型置于水池中，用于模拟浮式结构物；智能断缆装置，所述智能断缆装置固定在所述实验模型上，并位于实验方案所确定的导缆孔位置；系泊缆，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通过系泊缆连接环连接在所述智能断缆装置上，通过所述智能断缆装置将所述系泊缆连接在所述实验模型的导缆孔位置，同时，能通过所述智能断缆装置将所述系泊缆与所述实验模型断开连接；以及，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，所述位移传感器和所述加速度传感器安装在所述实验模型上，所述张力传感器安装在所述系泊缆上，所述位移传感器、所述加速度传感器、所述张力传感器和所述智能断缆装置均与所述上位机相连接，通过所述上位机控制所述智能断缆装置实现所述系泊缆的断缆控制，所述上位机通过所述位移传感器和所述加速度传感器实现所述实验模型的动力响应监测，所述上位机通过所述张力传感器实现所述系泊缆的瞬态张力监测。进一步地，所述智能断缆装置包括推拉式电磁铁和固定支架，所述固定支架固定在所述实验模型的导缆孔位置，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，所述线圈由所述上位机控制通/断电，所述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，所述动铁芯在所述线圈通电情况下向上运动离开所述下夹板，使得所述系泊缆连接环从所述动铁芯的端部脱离所述动铁芯，从而使得所述系泊缆断开。进一步地，所述智能断缆装置、所述上位机、所述位移传感器、所述加速度传感器和所述张力传感器均由供电装置供电。本技术的有益效果是：1、本技术的一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟系统，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、本技术的一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟系统，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：本技术一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟系统示意图；图2：本技术的智能断缆装置与实验模型连接布置示意图；图3：本技术的智能断缆装置立体图；图4a：本技术的智能断缆装置侧视图；图4b：本技术的智能断缆装置主视图；图4c：本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：本技术基于海洋工程结构动力学，提出一种智能浮式系泊结构断缆实验模拟系统，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断缆情况下的瞬态运动响应，监测系泊缆3内张力变化具有参考重要意义。系泊系统采用全自动智能控制方式，自动化程度高，可操作性强，可重复实验。如附图1至图4c所示，一种智能浮式结构系泊及断缆实验模拟系统，主要包括五部分：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。所述实验模型2置于水池中，用于模拟浮式结构物。所述智能断缆装置1固定在所述实验模型2上，并位于实验方案所确定的导缆孔位置。所述智能断缆装置1包括推拉式电磁铁11、固定支架12、系泊缆连接环13和固定螺母14，所述固定支架12固定在所述实验模型2的导缆孔位置，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通过所述固定螺母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系统，其特征在于，包括：/n实验模型(2)，所述实验模型(2)置于水池中，用于模拟浮式结构物；/n智能断缆装置(1)，所述智能断缆装置(1)固定在所述实验模型(2)上，并位于实验方案所确定的导缆孔位置；/n系泊缆(3)，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)的第二端部通过系泊缆连接环(13)连接在所述智能断缆装置(1)上，通过所述智能断缆装置(1)将所述系泊缆(3)连接在所述实验模型(2)的导缆孔位置，同时，能通过所述智能断缆装置(1)将所述系泊缆(3)与所述实验模型(2)断开连接；以及，/n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，所述位移传感器和所述加速度传感器安装在所述实验模型(2)上，所述张力传感器安装在所述系泊缆(3)上，所述位移传感器、所述加速度传感器、所述张力传感器和所述智能断缆装置(1)均与所述上位机(5)相连接，通过所述上位机(5)控制所述智能断缆装置(1)实现所述系泊缆(3)的断缆控制，所述上位机(5)通过所述位移传感器和所述加速度传感器实现所述实验模型(2)的动力响应监测，所述上位机(5)通过所述张力传感器实现所述系泊缆(3)的瞬态张力监测。/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系统，其特征在于，包括：
实验模型(2)，所述实验模型(2)置于水池中，用于模拟浮式结构物；
智能断缆装置(1)，所述智能断缆装置(1)固定在所述实验模型(2)上，并位于实验方案所确定的导缆孔位置；
系泊缆(3)，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)的第二端部通过系泊缆连接环(13)连接在所述智能断缆装置(1)上，通过所述智能断缆装置(1)将所述系泊缆(3)连接在所述实验模型(2)的导缆孔位置，同时，能通过所述智能断缆装置(1)将所述系泊缆(3)与所述实验模型(2)断开连接；以及，
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，所述位移传感器和所述加速度传感器安装在所述实验模型(2)上，所述张力传感器安装在所述系泊缆(3)上，所述位移传感器、所述加速度传感器、所述张力传感器和所述智能断缆装置(1)均与所述上位机(5)相连接，通过所述上位机(5)控制所述智能断缆装置(1)实现所述系泊缆(3)的断缆控制，所述上位机(5)通过所述位移传感器和所述加速度传感器实现所述实验模型(2)的动力响应监测，所述上位机(5)通过所述张力传感器实现所述系泊缆(3)的瞬态张力监测。

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