【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上风力发电基础承载性能测试装置研究，尤其是一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载特性影响的实验装置及测试方法。
技术介绍
1、随着“海洋强国”战略的实施，近年我国海洋工程产业进入了飞速发展时期，尤其是海上风力发电产业，已经成为能源转型的基本选择。但是风力发电技术向深海层次的发展，海洋工程基础面临着更为复杂的荷载环境(如地震荷载)，其承载特性对风力发电基础结构的安全性与耐久性有重要影响。
2、因此，为了提高地震荷载对风力发电基础结构影响后的安全性，需要明确地震荷载发生后对风力发电基础承载特性的影响规律。而地震荷载属于偶然荷载，发生时间段、危害性大；更加精确的测试地震荷载产生后影响风力发电基础的各种性能参数，需要高度模拟真实的灾害条件。现有的实验装置主要以研究海上风、海流、波浪荷载为主，对于海上地震荷载的研究还存在局限性。
3、现有技术的相关研究报道主要有：
4、中国专利公开号为cn 113790869 a，2021.12.14公开了一种海上浮式风电模型动态载荷测量装置，该装置考虑风浪流的联合作用下，通过设计回转系统实现对海上浮式风电模型产生的横摇/纵摇运动进行了模拟，但该装置主要考虑基础上部结构，而且动态荷载研究聚集在风浪流作用下，所以不能对地震荷载进行模拟。
5、中国专利公开号为cn 103185670 b，2015.09.30公开了一种风力发电用风车的冲击载荷监视系统及冲击载荷监视方法，该系统主要通过研究风荷载作用下叶片的转动，带动主轴承发生倾斜，通过加速度传感器
6、中国专利公开号为cn 106872289 b，2019.06.04公开了一种砂土体冲击荷载试验装置及其试验方法，该装置通过击锤竖向冲击土体，但是实验中样品盒尺寸小，当产生竖向冲击力后砂土的压实密度增加，对于实际地质概况的研究存在局限性。
技术实现思路
1、本专利技术针旨在提供一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载特性影响的实验装置，解决海洋环境下地震荷载对风力发电基础影响的有关性能参数的测试，具有实验数据真实准确、系统完善、操作便捷的特点。
2、为此，本专利技术所采用的技术方案为：一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载特性影响的实验装置，包括底座、模型箱、动态荷载响应机构、主锤体及数据采集及处理系统。
3、所述底座和模型箱组成模型箱体，模型箱置于底座上方，二者之间固定连接且均为钢制结构；所述底座包括脚轮、踏板、连接杆和出水口，出水口安装在底座的侧壁，出水管道与模型箱下方连接；所述模型箱包括落锤孔、斜槽、密封圈、透明橡胶片，其中落锤孔为中空结构，为了保证动态荷载施加过程中消除与模型箱产生的共振现象，影响实验测试结果。
4、所述动态荷载响应机构包括u型镂空槽、固定滑轮、缓冲槽、伸缩杆、可伸缩液压支柱，其中加载系统面板采用梅花形结构，端口设置成曲面型；所述固定滑轮按照60°的角度均匀布置6个，固定滑轮下方与缓冲槽接触；所述伸缩杆可自动伸长，与加载系统固定连接，可保证落锤体的下落路径不发生偏移；所述落锤体包括钢丝绳和砝码，钢丝绳与固定滑轮和砝码连接，在重力作用下，落锤体沿着伸缩杆顺着u型镂空槽下落进入落锤孔。
5、所述数据采集及处理系统包括计算机和位移/应变传感器，主锤体击打模型箱中的土体后，产生的瞬时振动波传递给风力发电基础，通过位移/应变传感器接受信号，经计算机后处理得到基础受扰动后土体的变形情况及基础承载特性的表征参数。
6、作为上述方案的优选，所述脚轮可通过踏板驱动连接杆带动脚轮向底座内部转动，保证实验过程模型箱体结构与地面整体接触，提高模型箱体的稳定性。
7、进一步优选为，所述落锤孔均匀布置，设置6个结构孔，可实现不同方位动态荷载施加的实验效果。
8、进一步优选为，所述透明橡胶片布置于箱体内侧壁，通过外层密封圈与壁面紧密连接，可保证模型箱内部土体不向外流出。
9、进一步优选为，所述缓冲槽倾斜布置，其下方端口布置橡胶片，降低动态荷载施加过程中产生的瞬态力对钢丝绳的拽拉，达到缓冲的效果。
10、进一步优选为，所述砝码可根据实验要求自行选择，实验中采用水平垂直降落的方法向土体施加动态荷载。
11、进一步优选为，所述可伸缩液压支柱顶端与动态荷载加载面板底部固定连接，在实验实施过程中，可根据具体动态荷载要求对液压支柱的高度进行调节。
12、进一步优选为，所述底座(1)和模型箱(2)分别选用不锈钢和有机玻璃材质。
13、同时本专利技术还提供了一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载特性影响测试实验方法，包括上述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，步骤如下：
14、a在模型箱内按照实验要求铺设一定高度的土体，模拟海洋自然环境；
15、b将风力发电基础模型通过沉贯进入土体；
16、c在基础模型上安置位移/应变传感器；
17、d将动态荷载响应机构置于模型箱体上方；
18、e选取实验要求砝码，模拟动态荷载，采用重力法击打模型箱内的土体，测试实验数据，观察土体与风力发电基础周围土体的变形情况；
19、f若需模拟多种动态荷载或者不同方位的荷载，反复操作即可。
20、本专利技术的有益效果，一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载特性影响的实验装置结构紧凑、合理，操作性相对简单，动态荷载响应机构能模拟海洋环境中的地震(动态)荷载，可通过不同类型的荷载量及不同方位加载设计进行对风力发电基础的安全性及稳定性展开研究，揭示动态荷载对风力发电基础的作用机理。
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1.一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：包括底座(1)、模型箱(2)、动态荷载响应机构(3)、主锤体(4)及数据采集及处理系统(5)。所述底座(1)和模型箱(2)组成模型箱体，所述底座(1)包括脚轮(1a)、踏板(1b)、连接杆(1c)和出水口(1d)，所述模型箱(2)包括落锤孔(2a)、斜槽(2b)、密封圈(2c)、透明橡胶片(2d)，模型箱(2)置于底座(1)上方，二者之间固定连接。
2.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述脚轮(1a)可通过踏板(1b)驱动连接杆(1c)带动脚轮向底座(1)内部转动，保证实验过程模型箱体结构与地面整体接触，提高模型箱体的稳定性。
3.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述落锤孔(2a)均匀布置，设置6个结构孔，可实现不同方位动态荷载施加的实验效果。
4.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述透明橡胶片(2d
5.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述缓冲槽(3c)倾斜布置，其下方端口布置橡胶片，降低动态荷载施加过程中产生的瞬态力对钢丝绳(4a)的拽拉，达到缓冲的效果。
6.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述砝码(4b)可根据实验要求自行选择，实验中采用水平垂直降落的方法向土体施加动态荷载。
7.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述可伸缩液压支柱(3e)顶端与动态荷载加载面板底部固定连接，在实验实施过程中，可根据具体动态荷载要求对液压支柱的高度进行调节。
8.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述底座(1)和模型箱(2)分别选用不锈钢和有机玻璃材质。
9.一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载特性影响测试实验方法，按照权利要求1-7中任一项所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：包括底座(1)、模型箱(2)、动态荷载响应机构(3)、主锤体(4)及数据采集及处理系统(5)。所述底座(1)和模型箱(2)组成模型箱体，所述底座(1)包括脚轮(1a)、踏板(1b)、连接杆(1c)和出水口(1d)，所述模型箱(2)包括落锤孔(2a)、斜槽(2b)、密封圈(2c)、透明橡胶片(2d)，模型箱(2)置于底座(1)上方，二者之间固定连接。
2.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述脚轮(1a)可通过踏板(1b)驱动连接杆(1c)带动脚轮向底座(1)内部转动，保证实验过程模型箱体结构与地面整体接触，提高模型箱体的稳定性。
3.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述落锤孔(2a)均匀布置，设置6个结构孔，可实现不同方位动态荷载施加的实验效果。
4.按照权利要求1所述的一种模拟动态荷载对海上风力发电基础承载性能影响的实验装置，其特征在于：所述透明橡胶片(2d)布置于箱体内侧壁，通过外层密封圈(2c)与壁面紧密连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：李大勇，赵继鹏，吴宇旗，张雨坤，梁昊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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