流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种海洋工程深水池中柔性管件模型在流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置。
【背景技术】
[0002]海洋内孤立波是在密度分层的海洋中普遍存在的一种典型的恶劣海况，它具有振幅大、持续时间长、非线性等特点。对于张力腿平台来说，频繁活动的内波不仅会对张力腿产生巨大的冲击载荷，还会使其承受双向剪切流的作用而发生涡激振动。所谓涡激振动，是指处于一定速度来流中的柱状结构物，其两侧会发生交替泻涡，柱体会受到与漩涡的生成和泻放相关联的横向和流向的脉动压力，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。张力腿的涡激振动现象会严重降低其疲劳寿命，因此迫切需要对于该问题进行深入研究，发展可靠的张力腿涡激振动预报方法，为张力腿的工程设计提供帮助。
[0003]目前，国内外学术界和工程界针对内波流场中张力腿涡激振动现象的研究较少，总体分为模型试验和数值模拟两种方式，直接数值模拟涡激振动存在问题较多，当前经验模型预报软件如SHEAR7等，存在比如效率低、精度差等缺陷，其预报得到的结果常常与试验结果有较大差距，需要进行评估和修正。通过试验方法可以较好地研究张力腿的涡激振动现象，在过去一段时间取得了一定的进展，但总的来说仍存在以下不足之处:1、一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试。2、一般只能模拟均匀流场中张力腿的涡激振动，不能模拟剪切流场中张力腿的涡激振动。3、一般只能进行固定长度张力腿的涡激振动测试，得到的数据具有一定局限性。4、装置较为复杂、笨重，安装不方便，需要的电机功率很大。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置，能够模拟大型实际尺寸张力腿、双向剪切流场，具有便于拆装、复杂程度低和灵活性高等优点。
[0005]为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种海洋工程技术领域的流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置，包括:张力腿模型机构、测量分析模块、驱动模块、悬臂模块、底部支撑模块、挡流模块和滑槽模块;其中，所述张力腿模型机构固定在悬臂模块上，所述底部支撑模块与驱动模块垂直连接，所述驱动模块与悬臂模块垂直连接;所述挡流模块固定在悬臂模块上，所述滑槽模块固定在底部支撑模块上;所述悬臂模块通过驱动模块带动旋转，所述测量分析模块布置于张力腿模型机构和悬臂模块之中。
[0007]所述悬臂模块为可拆卸式结构。
[0008]所述流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置整体垂直设置于海洋工程深水池中，流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置的底部支撑模块通过高强度螺栓固定在海洋工程深水池的钢制升降底上，本发明便于拆装，复杂程度低，灵活性高，能够模拟实尺度张力腿双向剪切流场。
[0009]优选地，所述张力腿模型机构包括:张力腿模型和设置于张力腿模型两端的固定端；其中，每一个固定端均包括:万向节、三分力仪传感器、滑动轴、连接板、张力腿固定接头、直线轴承、缓冲弹簧和张力腿固定座，其中:张力腿固定接头的两端分别与张力腿模型和万向节的一端相连，万向节的另一端固定设置于三分力仪传感器上，直线轴承的一端固定三分力仪传感器，并分别与滑动轴和缓冲弹簧相连，直线轴承设置于张力腿固定座上，张力腿固定座通过连接板固定于悬臂模块的末端。
[0010]优选地，所述张力腿模型的单位长度的质量与张力腿模型的单位长度排开水的质量之比为1:1。
[0011]优选地，所述测量分析模块包括:测量单元、水下录像单元、计算单元和无线传输单元，其中:计算单元设置于海洋工程深水池的拖车机房内并与无线传输单元相连接，用于传输水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，计算单元实时地对接收到的无线测量信号进行存储和处理。
[0012]优选地，所述驱动模块包括:变速齿轮箱、电机、驱动轴、驱动齿轮，其中:变速齿轮箱的两端分别与电机和驱动轴相连接，驱动轴与驱动齿轮相连接，驱动齿轮带动悬臂模块作旋转运动。
[0013]优选地，所述变速齿轮箱的减速比为40:1。
[0014]优选地，所述悬臂模块包括:悬臂、稳定支柱、第一斜撑和第二斜撑，其中:所述悬臂包括相互连接的外段悬臂和中段悬臂，外段悬臂包括可拆卸连接的若干段水平悬臂段和若干段竖向悬臂段，并竖向悬臂段通过第一斜撑保证强度，竖向悬臂段的末端与张力腿模型机构连接;所述中段悬臂与底部支撑模块通过固定装置连接，中段悬臂的底部与固定装置的底部通过第二斜撑和稳定支柱连接，稳定支柱的下端在与滑槽模块相接触的面上分别布置有钢珠。
[0015]优选地，稳定支柱的下端在与滑槽模块的环状凹形滑槽相接触的三个面上分别布置有钢珠，方便稳定支柱在环状滑槽中做旋转运动。稳定支柱起运动稳定作用，防止悬臂转动过程中发生大幅度晃动。斜撑可提高结构强度。
[0016]优选地，所述悬臂采用中空矩形块结构，内部高度为94mm，外部高度为100mm，宽为
0.6m，水平跨距可变。
[0017]优选地，所述水平悬臂段与竖向悬臂段之间通过法兰盘和螺栓相连接，可进行加载任意长度张力腿模型机构的涡激振荡实验，也可以调整流速转向点偏离张力腿模型中心位置，更好地模拟张力腿受到的真实流载。
[0018]优选地，每一段水平悬臂段的水平跨距长均为lm，每一段竖向悬臂段的水平方向长均为Im。
[0019]优选地，所述挡流模块包括:底部挡流板和侧面挡流板;其中，底部挡流板通过支架分段固定在水平悬臂段上，侧面挡流板通过支架固定在竖向悬臂段上，底部挡流板和侧面挡流板可随水平悬臂段悬臂和竖向悬臂段拆卸。
[0020]优选地，所述滑槽模块包括:滑槽支撑底座和滑槽锁定装置，滑槽支撑底座通过螺栓固定在底部支撑模块上，滑槽锁定装置与滑槽支撑底座通过螺栓连接从而形成环状凹形滑槽，悬臂模块的稳定支柱通过钢珠在环状凹形滑槽内滑动。
[0021 ]优选地，所述底部支撑模块包括:圆筒轴和底部基座;其中:圆筒轴的内部放置驱动模块，圆筒轴的下部焊接在底部基座上;滑槽模块通过螺栓固定于底部基座的上端，底部基座通过高强度螺栓固定设置于海洋工程深水池的升降底上，进而使流速转向点可变的双向剪切流下张力腿涡激振动测试装置整体设置于海洋工程深水池中。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点包括:
[0023]1、本发明的旋转装置测试时间长，实验数据的稳定性好、准确度高；
[0024]2、本发明能够模拟更加真实的海洋环境，包括双向剪切流场，以及真实海洋环境中实际尺寸管件大雷诺数的特点，这比以往测试方法有显著的进步；
[0025]3、本发明灵活性高，采用可拆卸的悬臂模块和挡流模块，能够支持不同长度张力腿涡激振动的模拟，并可调整流速转向点偏离模型中心位置，更好地模拟张力腿受到的真实流载；
[0026]4、本发明装置复杂程度低，质量轻，模块化且装卸方便，要求的电机功率较低，比以往的张力腿涡激振动测试装置在性能和效率上都有长足进步。
【附图说明】
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0028]图1是本发明结构示意图。
[0029]图2是测量分析模块示意图。
[0030]图3是驱动模块的结构正视图。
[0031 ]图4是悬臂模块和挡流模块的结构