专利名称：实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型。
背景技术：
根据流体力学知识，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。 这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。例如在海流的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象， 将会导致柔性管件的疲劳破坏。目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。试验中为了模拟接近于自然界中的真实立管的涡激振动现象，保证测试数据的可靠性和实用性，必须采用先进工艺制作的立管模型。经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动立管模型一般采用玻璃钢材料或金属材料制作，测量立管模型运动一般用加速度计，测量涡激振动产生的应变一般采用电阻应变片。在2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》杂志中的论文 "Experiment investigation of vortex-induced vibration of Long risers，，(细长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，文中提到了一种柔性管件涡激振动模型，该立管模型外径为27mm，采用玻璃钢材料制作，用布置在立管表面的加速度传感器来测量立管的运动，在立管壁上布置光栅测量立管的应变量。经分析，该立管模型制作技术的不足之处在于1.立管模型的直径很小，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试，尺度效应明显。2.玻璃钢具有各向异性的特性，并不适于使用光纤光栅传感器。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，该结构能够能承受较高流速、能激发高阶模态涡激振动且测量数据真实可靠。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括光纤光栅传感组件、连接管、热缩管、若干个扩径管和光滑管，其中光纤光栅传感组件与连接管的表面连接，热缩管包裹在连接管外，若干个扩径管套接在热缩管外且依次串联连接，光滑管包裹在扩径管外。所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。所述的光纤串包括若干个光栅应变片和连接光纤，其中若干个光栅应变片均勻分布于连接光纤上且光栅应变片与立管管口不接触。所述的热缩管的内径与连接管的外径相同，热缩管的外径与扩径管的内径相同。所述的扩径管由两个中空半圆柱体套管组成，该套管的两个剖面分别设有凹槽和凸缘且凹槽和凸缘的形状相适配。两个半圆柱体套管通过凹槽和凸缘扣在一起组成扩径管。该扩径管增大了立管模型外径，使立管模型外径接近实际立管外径。
所述的扩径管的外径与光滑管的内径相同。本发明的外径与实际立管接近，能够进行实雷诺数下的涡激振动测试，避免尺度效应。本发明采用扩径管增大立管模型外径，仅贡献很小的的刚度，因此能够激发出较高模态的涡激振动。本发明的连接管能够提供较强的刚度，因此能够承受较高的流速。本发明由于光纤光栅应变传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰的特点，同根光纤上能够制作多个光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器粘贴在立管模型表面几乎不改变立管特性，因此测得的应变数据真实可靠。
图1(a)本发明的侧视图。图1(b)本发明的主视图。图2为本发明的立体图。图3为光纤光栅传感组件结构示意图。图4为扩径管的套管结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1和图2所示，本实施例包括光纤光栅传感组件1、连接管2、热缩管3、若干个扩径管4和光滑管5，其中光纤光栅传感组件1与连接管2的表面连接，热缩管3包裹在连接有光纤光栅传感组件1的连接管2外，若干个扩径管4套接在热缩管3外且依次串联连接，光滑管5包裹在若干个扩径管4外。如图3所示，所述的光纤光栅传感组件1由四根光纤串6组成，每根光纤串6沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接，光纤串6采用防水封装方法封装。所述的光纤串6包括若干个光栅应变片7和连接光纤8，其中若干个光栅应变片7均勻分布于连接光纤8上且光栅应变片7与立管管口不接触。所述的光栅应变片8采用表面安装式应变计。所述的连接管2的材料采用合金材料。所述的热缩管3的内径与连接管2的外径相同，热缩管3的外径与扩径管4的内径相同，该热缩管3的材料采用聚乙烯。如图4所示，所述的扩径管4由两个中空半圆柱体套管组成，该套管的两个剖面分别设有凹槽10和凸缘11且凹槽10和凸缘11的形状相适配。两个半圆柱体套管通过凹槽 10和凸缘11扣在一起组成扩径管4。所述的扩径管4的外径与光滑管5的内径相同。该扩径管4增大了立管模型外径，使立管模型外径接近实际立管外径。所述的扩径管4的材料采用精对苯二甲酸。
如图1和图2所示，所述的光滑管的外径等于实际立管的直径，该光滑管5的材料采用天然橡胶。本发明的外径与实际立管接近，能够进行实雷诺数下的涡激振动测试，避免尺度效应。本发明采用扩径管4增大立管模型外径，仅贡献很小的的刚度，因此能够激发出较高模态的涡激振动。本发明的连接管2能够提供较强的刚度，因此能够承受较高的流速。本发明由于光栅应变片7具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰的特点，同根光纤上能够制作多个光栅应变片7，光栅应变片7粘贴在立管模型表面几乎不改变立管特性，因此测得的应变数据真实可靠。
权利要求
1.一种实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征在于，包括光纤光栅传感组件、 连接管、热缩管、若干个扩径管和光滑管，其中光纤光栅传感组件与连接管的表面连接，热缩管包裹在连接管外，若干个扩径管套接在热缩管外且依次串联连接，光滑管包裹在扩径管外。
2.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。
3.根据权利要求2所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的光纤串包括若干个光栅应变片和连接光纤，其中若干个光栅应变片均勻分布于连接光纤上且光栅应变片与立管管口不接触。
4.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的热缩管的内径与连接管的外径相同，热缩管的外径与扩径管的内径相同。
5.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的扩径管由两个中空半圆柱体套管组成，该套管的两个剖面分别设有凹槽和凸缘且凹槽和凸缘的形状相适配。
6.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的扩径管的外径与光滑管的内径相同。
全文摘要
一种海洋工程技术领域的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，光纤光栅传感组件、连接管、热缩管、若干个扩径管和光滑管，其中光纤光栅传感组件与连接管的表面连接，热缩管包裹在连接管外，若干个扩径管套接在热缩管外且依次串联连接，光滑管包裹在扩径管外。本发明能够能承受较高流速、能激发高阶模态涡激振动且测量数据真实可靠。
文档编号G01M7/02GK102323023SQ201110143648
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者付世晓, 周青, 李曼, 李鲤 申请人:上海交通大学