一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于海洋工程技术领域，具体涉及一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置。本发明专利技术包含的工况数量多，极具代表性，且所用立管为实际工作立管缩尺而来，更能够模拟实际的工作立管涡激振动响应情况。本发明专利技术相对于其它同类装置，更加简化，拆卸方便，工况转化容易，这相比其它测试装置而言是一个巨大的进步。本发明专利技术灵活性高，通过立管顶部张力调节模块和拉力传感器的配合，可实现对立管预张力的精准控制和调节，以实现根据实际工况进行调整。本发明专利技术能实现在循环水槽中测量均匀流和动态边界条件下柔性立管涡激振动相关参数，并研究其响应特性。具有贴近实际情况，工况涵盖面广，装置拆卸方便、节约实验成本等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置
本专利技术属于海洋工程
，具体涉及一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置。
技术介绍
海洋平台下方的柔性立管是完成平台各项功能的重要组成部分，在洋流和海浪的作用下，柔性立管后方会产生交替泄涡使立管在垂直于流场方向上发生振动，称为涡激振动(vortex-inducedvibration，简称VIV)。振动引起的结构疲劳或可能的共振除了会加速工作器件的老化外，严重的会对海洋结构物的安全造成极大的威胁。目前一些学者逐渐开始注意到，浮体运动对立管VIV的影响不可忽视，并进行了一些试验研究，但总的来说，目前相关的研究还处于初级阶段，考虑浮体运动的立管VIV现象和特性还需要进一步地研究和探讨。从国内外研究者对此种现象的研究来看，实验研究是对理论预测模型进行验证的有效形式。目前实验装置普遍存在以下不足：1.工况相对实际情况而言十分单一，不能较好地对实际情况中的工作立管的涡激振动进行精准预测；2.实验装置的体积较大，需要在大型拖曳水池中进行实验，成本昂贵；3.实验装置安装较为不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够实现在循环水槽中测量均匀流和动态边界条件下柔性立管涡激振动相关参数，并研究其响应特性的一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括顶部张力调节模块、立管、底部激励模块、动力模块、实验装置框架模块和测量分析模块；所述的顶部张力调节模块包括张紧器、调节螺杆及底部连接件；所述的张紧器包括张紧器底板和张紧器顶板，张紧器底板和张紧器顶板之间通过弹簧连接；所述的张紧器底板通过固定支架安装在实验装置框架模块的顶部；所述的张紧器顶板上端设有调节螺母；所述的调节螺杆的下端穿过张紧器顶板，伸入到弹簧内侧；所述的底部连接件上端与调节螺杆下端连接；所述的底部激励模块包括横流向滑动轨道、顺流向滑动轨道和激励幅值调节装置；所述的顺流向滑动轨道设置在实验装置框架模块底部两侧；所述的横流向滑动轨道两端分别通过水平托架与实验装置框架模块底部两侧的顺流向滑动轨道连接，在横流向滑动轨道上设有滑块；所述的激励幅值调节装置为圆盘结构，在圆盘的一条半径线上开设有一排限位孔，在圆盘下方设有活动滑道；所述的活动滑道上设有转动滑块，活动滑道两端通过传动杆与横流向滑动轨道连接；所述的活动滑道通过转动滑块与激励幅值调节装置连接，激励幅值调节装置通过改变转动滑块所在限位孔的位置改变激励幅值；所述的立管表面均匀布置有电阻应变计，立管上端通过立管顶部固定模块与底部连接件下端连接，立管下端通过立管底部固定模块与横流向滑动轨道上的滑块连接；所述的动力模块包括电机；所述的电机通过固定支架安装在实验装置框架模块的中部，电机和减速器连接；所述的减速器通过传动轴与激励幅值调节装置连接。本专利技术还可以包括：所述的立管顶部固定模块包括拉力传感器；所述的拉力传感器一端与调节螺杆下端的底部连接件连接，另一端通过连接管与第一万向节依次连接；所述的第一万向节与立管上端连接。所述立管底部固定模块包括第二万向节；所述的第二万向节一端与立管下端连接，另一端通过连接管与横流向滑动轨道上的滑块连接。本专利技术的有益效果在于：本专利技术包含的工况数量多，极具代表性，且所用立管为实际工作立管缩尺而来，更能够模拟实际的工作立管涡激振动响应情况。本专利技术相对于其它同类装置，更加简化，拆卸方便，工况转化容易，这相比其它测试装置而言是一个巨大的进步。本专利技术灵活性高，通过立管顶部张力调节模块和拉力传感器的配合，可实现对立管预张力的精准控制和调节，以实现根据实际工况进行调整。本专利技术能实现在循环水槽中测量均匀流和动态边界条件下柔性立管涡激振动相关参数，并研究其响应特性。具有贴近实际情况，工况涵盖面广，装置拆卸方便、节约实验成本等优点。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术实验装置的顶部结构示意图。图3是本专利技术实验装置的底部结构示意图。图4是本专利技术的顶部张力调节模块示意图。图5是本专利技术的立管顶部固定模块示意图。图6是本专利技术的立管底部固定模块示意图。图7(a)是本专利技术的深海立管模块的总体示意图。图7(b)是本专利技术的深海立管模块的截面示意图。图8是本专利技术的立管底部激励模块示意图。图9是本专利技术的动力模块示意图。图10是本专利技术的实验装置框架模块示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术涉及一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置，属于海洋工程
本专利技术能实现在循环水槽中测量均匀流和动态边界条件下柔性立管涡激振动相关参数，并研究其响应特性。具有贴近实际情况，工况涵盖面广，装置拆卸方便、节约实验成本等优点。如图1～图3所示，本专利技术提供了一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置，其具体是在均匀流场中，立管底部受到不同幅值和频率的激励，观测其动力响应的装置。本专利技术包括顶部张力调节模块1、立管顶部固定模块2、深海立管模块3、立管底部固定模块4、立管底部激励模块5、动力模块6、实验装置框架模块7、测量分析模块。所述深海立管模块3顶部通过所述立管顶部固定模块2与顶部张力调节模块1连接；所述深海立管模块3底部通过所述立管底部固定模块4与所述立管底部激励模块5连接；所述顶部张力调节模块1通过螺栓固定在实验装置框架模块7的顶部；所述立管底部激励模块5与所述动力模块6连接，所述动力模块6为所述立管底部激励模块5提供动力；所述立管底部激励模块5的导轨固定在实验装置框架模块7；所述动力模块6固定在实验装置框架模块7。测量分析模块设置在所述实验装置框架模块7外的实验台。如图4所示，所述顶部张力调节模块1包括张紧器调节螺杆8、调节螺母9、挡环10、张紧器11、张紧器底部连接件13和固定支架12；所述张紧器调节螺杆8一端通过所述调节螺母9和所述挡环10与所述张紧器11一端连接，通过转动调节螺母9可以实现对张力大小的调节，所述张紧器调节螺杆8另一端与所述张紧器底部连接件13连接，所述张紧器底部连接件13穿过所述张紧器11和所述固定支架12中心孔与所述立管顶部固定模块2连接，所述固定支架12固定在所述实验装置框架模块7。如图5所示，所述立管顶部固定模块2包括拉力传感器14、连接管15、万向节16；所述万向节16分别与所述连接管15和所述深海立管模块3顶部连接；所述拉力传感器14底部与所述连接管15连接；所述拉力传感器14顶部通过螺栓与所述张紧器底部连接件13连接。如图7(a)和图7(b)所示，所述深海立管模块3包括一根铜管17和若干电阻应变计18；所述电阻应变计18均匀布置在所述铜管17表面；所述铜管17两端分别与所述立管顶部固定模块2和所述立管底部固定模块4连接。如图6所示，所述立管底部固定模块4包括万向节19、连接管20；所述万向节19分别与所述连接管20和所述深海立管模块3底部连接；所述连接管20与所述立管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置，其特征在于：包括顶部张力调节模块、立管、底部激励模块、动力模块、实验装置框架模块和测量分析模块；所述的顶部张力调节模块包括张紧器、调节螺杆及底部连接件；所述的张紧器包括张紧器底板和张紧器顶板，张紧器底板和张紧器顶板之间通过弹簧连接；所述的张紧器底板通过固定支架安装在实验装置框架模块的顶部；所述的张紧器顶板上端设有调节螺母；所述的调节螺杆的下端穿过张紧器顶板，伸入到弹簧内侧；所述的底部连接件上端与调节螺杆下端连接；所述的底部激励模块包括横流向滑动轨道、顺流向滑动轨道和激励幅值调节装置；所述的顺流向滑动轨道设置在实验装置框架模块底部两侧；所述的横流向滑动轨道两端分别通过水平托架与实验装置框架模块底部两侧的顺流向滑动轨道连接，在横流向滑动轨道上设有滑块；所述的激励幅值调节装置为圆盘结构，在圆盘的一条半径线上开设有一排限位孔，在圆盘下方设有活动滑道；所述的活动滑道上设有转动滑块，活动滑道两端通过传动杆与横流向滑动轨道连接；所述的活动滑道通过转动滑块与激励幅值调节装置连接，激励幅值调节装置通过改变转动滑块所在限位孔的位置改变激励幅值；所述的立管表面均匀布置有电阻应变计，立管上端通过立管顶部固定模块与底部连接件下端连接，立管下端通过立管底部固定模块与横流向滑动轨道上的滑块连接；所述的动力模块包括电机；所述的电机通过固定支架安装在实验装置框架模块的中部，电机和减速器连接；所述的减速器通过传动轴与激励幅值调节装置连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟动态边界条件下柔性立管动力响应实验装置，其特征在于：包括顶部张力调节模块、立管、底部激励模块、动力模块、实验装置框架模块和测量分析模块；所述的顶部张力调节模块包括张紧器、调节螺杆及底部连接件；所述的张紧器包括张紧器底板和张紧器顶板，张紧器底板和张紧器顶板之间通过弹簧连接；所述的张紧器底板通过固定支架安装在实验装置框架模块的顶部；所述的张紧器顶板上端设有调节螺母；所述的调节螺杆的下端穿过张紧器顶板，伸入到弹簧内侧；所述的底部连接件上端与调节螺杆下端连接；所述的底部激励模块包括横流向滑动轨道、顺流向滑动轨道和激励幅值调节装置；所述的顺流向滑动轨道设置在实验装置框架模块底部两侧；所述的横流向滑动轨道两端分别通过水平托架与实验装置框架模块底部两侧的顺流向滑动轨道连接，在横流向滑动轨道上设有滑块；所述的激励幅值调节装置为圆盘结构，在圆盘的一条半径线上开设有一排限位孔，在圆盘下方设有活动滑道；所述的活动滑道上设有转动滑块，活动滑道两端通过传动杆与横流向滑动轨道连接；所述的活...

【专利技术属性】
技术研发人员：康庄，马传震，张橙，李少杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23