专利名称：斜向均匀流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋工程领域，尤其涉及一种斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置。
背景技术：
海底管道铺设于崎岖的海床上，由于海床轮廓的不均勻性及海床底流、潮汐等因素的共同作用，在管道铺设路径上的某些区域，管道暴露在外形成悬空段。在环境载荷的长期作用下，悬空段极容易疲劳失效。在各种失效形式中，以涡激振动的出现概率最高且危害性最大，即管道上漩涡的周期性脱落引起作用在管道上的横向及流向交变外力，造成物体振动。在上述工况下，管件悬空部分的高度一般在管道的直径范围左右，海底的表面效应/边界效应对管件振动的影响很大，不能运用无边界影响的立管的涡激振动的实验结果。从而造成了该问题试验数据的缺乏。同时，为了简化问题的复杂程度，学术界一般仅考虑管件在垂直于来流方向上的运动和受力情况，从而造成了研究结果与实际问题的偏差。另一方面，即使已经有一些学者在采用模型试验的方法来认识海底管道的振动问题，但现有的试验模型一般不考虑管道与来流的耦合作用，而是采用刚性固定的管件，测量其在均勻来流下的受力情况，由于管道没有振动，不会对流场有反馈干扰，一定程度上简化了问题的难度。然而，要想更加深入的了解海底管道的振动问题，管件与流场的相互耦合还是要考虑在内的，遗憾的是，很少有学者进行此方面的工作。而且，现有的模型试验一般仅涉及来流垂直于管件轴线的工况，以简化问题，而实际海况下发生的来流与管件轴线成一定倾斜角度的工况则无法考率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置。本发明是通过以下技术方案实现的
本发明提供了一种斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置，包括深海管道模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块、第二水平滑动模块、测量分析控制模块和假底模块，其中深海管道模块两端分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接，第一垂直滑动模块分别与第一端部假体模块和第一水平滑动模块连接，第二垂直滑动模块分别与第二端部假体模块和第二水平滑动模块连接，第一水平滑动模块用于与拖车底部的一端固定连接并与第一垂直滑动模块连接，第二水平滑动模块用于与拖车底部的另一端固定连接并与第二垂直滑动模块连接，测量分析控制模块分别与第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块以及第二水平滑动模块相连接，假底模块位于深海管道模块的下方，用于与拖车底部固定连接；深海管道模块与第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块成一定角度连接。所述深海管道模块包括第一管道固定接头、第二管道固定接头和深海管道模型， 其中深海管道模型两端分别与两个管道固定接头连接，第一管道固定接头与第一端部假体模块相连接，第一管道固定接头与第二端部假体模块相连接。所述第一端部假体模块包括第一假体外筒、第一三分力仪、第一三分力仪固定板、第一楔块、第一支座、第一调整组件、第一固定板、第一垫板、第一挡流板，其中第一假体外筒与第一挡流板固定，第一三分力仪分别与深海管道模块中的第一管道固定接头和第一三分力仪固定板相连，第一三分力仪固定板的一端与第一三分力仪连接，其另一端与第一楔块固接，第一楔块垂直贯穿第一挡流板，并在第一挡流板内侧用第一支座与第一挡流板固接，第一挡流板另一侧的第一楔块与第一垫板连接，第一固定板通过第一垫板与第一楔块固接，第一调整组件分别与第一固定板和第一垂直滑动模块固接，第一假体外筒轴心线与第一挡流板平面的法线成一定夹角，第一三分力仪固定板中心线及第一三分力仪中心线均与第一假体外筒轴心线重合，第一三分力仪与第一楔块的斜侧面垂直固接；
所述第二端部假体模块包括第二假体外筒、第二三分力仪、第二三分力仪固定板、第二楔块、第二支座、第二调整组件、第二固定板、第二垫板、第二挡流板，其中第第二假体外筒与第二挡流板固定，第二三分力仪分别与深海管道模块中的第二管道固定接头和第二三分力仪固定板相连，第二三分力仪固定板的一端与第二三分力仪连接，其另一端与第二楔块固接，第二楔块垂直贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧用第二支座与第二挡流板固接，第二挡流板另一侧的第二楔块与第二垫板连接，第二固定板通过第二垫板与第二楔块固接，第二调整组件分别与第二固定板和第二垂直滑动模块固接，第二假体外筒轴心线与第二挡流板平面的法线成一定夹角，第二三分力仪固定板中心线及第二三分力仪中心线均与第二假体外筒轴心线重合，第二三分力仪与第二楔块的斜侧面垂直固接。所述第一水平滑动模块包括第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、 第一滑动轨道、第一支撑架，其中第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连， 第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块，第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并与第一垂直滑动模块相固接，第一支撑架上端与拖车固接，其下端与第一滑动轨道固接，第一滑动轨道平行于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第一垂直滑动模块垂直；
所述第二水平滑动模块包括第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道、第二支撑架，其中第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连，第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块，第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上， 并与第二垂直滑动模块相固接，第二支撑架的上端与拖车固接，其下端与第二滑动轨道固接，第二滑动轨道平行于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第二垂直滑动模块垂直。所述第一垂直滑动模块包括第三动力组件、第三法兰装置、第三滑块、第三导链、 第三滑动轨道和第一整流罩，其中第三动力组件通过第三法兰装置与第三滑动轨道相连， 第三动力组件的旋转轴通过第三导链连接至第三滑块，第三滑块滑动支撑在第三滑动轨道上，并与第一端部假体模块相固接；第三滑动轨道垂直于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第一水平滑动模块垂直，第三滑动轨道的上端与第一水平滑动模块连接，其下端自由悬空；第三滑动轨道的两侧安装有第三整流罩；
所述第二垂直滑动模块包括第四动力组件、第四法兰装置、第四滑块、第四导链、第四滑动轨道和第四整流罩，其中第四动力组件通过第四法兰装置与第四滑动轨道相连，第四动力组件的旋转轴通过第四导链连接至第四滑块，第四滑块滑动支撑在第四滑动轨道上， 并与第二端部假体模块相固接；第四滑动轨道垂直于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第二水平滑动模块垂直，第四滑动轨道的上端与第二水平滑动模块连接，其下端自由悬空；第四滑动轨道的两侧安装有第四整流罩。所述测量分析控制模块包括数据采集器、运动控制器和显示器，其中数据采集器的输入端与上述第一部假体模块和第二端部假体模块中的两个三分力仪相连接，其输出端与显示器相连接；运动控制器包括运动控制输出端口和图像显示端口，其中运动控制输出端口与第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块和第二水平滑动模块中的四套动力组件相连接，图像显示端口与显示器相连接。所述假底模块包括假底板和支撑腿，假底板位于海底管道模块的下方，海底般的边角上安装有支撑腿，该支撑腿与拖车底部相连接。所述支撑腿由上支撑腿、下支撑腿和固定旋钮组成上支撑腿为空心结构，下支撑腿套接在上支撑腿内，上支撑腿和下支撑腿之间通过固定旋钮固定连接。本发明具有的优点和积极效果是
本发明通过在管道下方设置假底，成功的模拟了管道临近海底时的海底的表面效应； 同时，本发明采用了两组动力组件，可以在在顺流和垂直于来流两个方向上进行的强迫振动，也实现了管件与流场的相互耦合；本发明采用特殊的端部假体模块，其中的第一端部假体模块和第二端部假体模块分别固定于第三滑动轨道和第四滑动轨道上，与深海管道模型独立，深海管道模型的两端分别通过第一端部假体模块和第二端部假体模块中的两个三分力仪直接固定于第三滑动轨道和第四滑动轨道上，因此两个三分力仪测量得到的数据是深海管道模型上实际所受到的力，而第一端部假体模块和第二端部假体模块起到了制造模拟流场的作用，但不对两三分力仪直接产生影响，解决了实验中深海管道模型两边出现边界效应的问题；而且，两端部假体模块成功的实现了来流与管件轴线成一定倾斜角度的工况。 本发明采用的管件分段的尺寸与实际管件相仿，这样子在正常的拖车运动速度范围内，试验工况可以达到实雷诺数范围，有效的避免了尺度效应。
图1是本发明实施例提供的实验装置在拖车上的安装示意图。图2是本发明实施例提供的实验装置的结构示意图。图3是本发明实施例提供的实验装置的俯视图。图4是本发明实施例提供的深海管道模块的结构示意图。图5是本发明实施例提供的端部假体模块的结构示意图。图6是本发明实施例提供的垂直滑动模块的结构示意图。图7是本发明实施例提供的垂直滑动模块的侧视图。图8是本发明实施例提供的水平滑动模块的结构示意图。
图9是本发明实施例提供的水平滑动模块的俯视图。图10是本发明实施例提供的测量分析控制模块的结构示意图。图11是本发明实施例提供的假底模块的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1
如图1、图2和图3所示，本装置包括深海管道模块1、第一端部假体模块2、第二端部假体模块3、第一垂直滑动模块4、第二垂直滑动模块5、第一水平滑动模块6、第二水平滑动模块7、测量分析控制模块8和假底模块11，其中深海管道模块1两端分别与第一端部假体模块2和第二端部假体模块3连接，第一垂直滑动模块4分别与第一端部假体模块2和第一水平滑动模块6连接，第二垂直滑动模块5分别与第二端部假体模块3和第二水平滑动模块7连接，第一水平滑动模块6与拖车9底部的一端固定连接并与第一垂直滑动模块4 连接，第二水平滑动模块7与拖车9底部的另一端固定连接并与第二垂直滑动模块5连接， 测量分析控制模块8设置于拖车9上，分别与第一端部假体模块2、第二端部假体模块3、第一水平滑动模块6、第二水平滑动模块7、第一垂直滑动模块4、第二垂直滑动模块5相连接， 假底模块11位于深海管道模块1的下方，与拖车9底部固定连接，深海管道模块1与第一垂直滑动模块4和第二垂直滑动模块5成一定角度连接。
如图2和图4所示，所述深海管道模块1包括第一管道固定接头102、第二管道固定接头103和深海管道模型101，其中深海管道模型101两端分别与第一管道固定接头102 和第二管道固定接头103连接，第一管道固定接头102和第二管道固定接头103分别与第一端部假体模块2和第二端部假体模块3相连接。两个管道固定接头与两个端部假体模块之间为固定连接，避免管道模型在实验时发生松动。如图2和图5所示，所述第一端部假体模块2包括第一假体外筒201、第一三分力仪202、第一三分力仪固定板203、第一楔块204、第一支座205、第一调整组件206、第一固定板207、第一垫板208和第一挡流板209，其中第一假体外筒201与第一挡流板209固定连接，第一三分力仪202分别与深海管道模块1中的第一管道固定接头102和第一三分力仪固定板203相连接，第一三分力仪固定板203的一端与第一三分力仪202连接，其另一端与第一楔块204固接，第一楔块204垂直贯穿第一挡流板209，并在第一挡流板209内侧用第一支座205与第一挡流板209固接，第一挡流板209另一侧的第一楔块204与第一垫板 208连接，第一固定板207通过第一垫板208与第一楔块204固接，第一调整组件206分别与第一固定板207和第一垂直滑动模块4固接，第一假体外筒201轴心线与第一档流板209 平面的法线成一定夹角，第一三分力仪固定板203中心线及第一三分力仪202中心线均与第一假体外筒201轴心线重合，第一三分力仪202与第一楔块204的斜侧面垂直固定。第二端部假体模块3与第一端部假体模块2是镜像对称结构，具体为，第二端部假体模块包括第二假体外筒、第二三分力仪、第二三分力仪固定板、第二楔块、第二支座、 第二调整组件、第二固定板、第二垫板、第二挡流板，其中第第二假体外筒与第二挡流板固定，第二三分力仪分别与深海管道模块中的第二管道固定接头和第二三分力仪固定板相连，第二三分力仪固定板的一端与第二三分力仪连接，其另一端与第二楔块固接，第二楔块垂直贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧用第二支座与第二挡流板固接，第二挡流板另一侧的第二楔块与第二垫板连接，第二固定板通过第二垫板与第二楔块固接，第二调整组件分别与第二固定板和第二垂直滑动模块固接，第二假体外筒轴心线与第二档流板平面的法线成一定夹角，第二三分力仪固定板中心线及第二三分力仪中心线均与第二假体外筒轴心线重合，第二三分力仪与第二楔块的斜侧面垂直固接。如图2、图8和图9所示，所述第一水平滑动模块6包括第一动力组件601、第一法兰装置602、第一滑块603、第一导链604、第一滑动轨道605和第一支撑架606，其中第一动力组件601通过第一法兰装置602与第一滑动轨道605相连，第一动力组件的旋转轴通过第一导链604连接至第一滑块603，第一滑块603滑动支撑在第一滑动轨道605上，并与第一垂直滑动模块4相固接，第一支撑架606的上端与拖车9固接，其下端与第一滑动轨道605固接，第一滑动轨道605平行于用于模拟海水环境的拖曳水池10的池底并与第一垂直滑动模块4垂直；
所述第二水平滑动模块7与第一水平滑动模块6成镜像对称结构，具体为，第二水平滑动模块包括第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道、第二支撑架，其中第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连，第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块，第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上，并与第二垂直滑动模块相固接，第二支撑架的上端与拖车固接，其下端与第二滑动轨道固接，第二滑动轨道平行于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第二垂直滑动模块垂直。如图2、图6和图7所示，所述第一垂直滑动模块4包括第三动力组件401、第三法兰装置402、第三滑块403、第三导链404、第三滑动轨道405和第一整流罩406，其中第三动力组件401通过第三法兰装置402与第三滑动轨道405相连，第三动力组件的旋转轴通过第三导链404连接至第三滑块403，第三滑块403滑动支撑在第三滑动轨道405上，并与第一端部假体模块2中的第一调整组件206相固接，第三滑动轨道405垂直于用于模拟海水环境的拖曳水池10的池底并与第一水平滑动模块6垂直，第三滑动轨道405的上端与第一水平滑动模块6固定连接，其下端自由悬空；第三滑动轨道405的两侧安装有第一整流罩 406。第二垂直滑动模块5与第一垂直滑动模块4成镜像对称结构，具体为，第二垂直滑动模块包括第四动力组件、第四法兰装置、第四滑块、第四导链、第四滑动轨道和第二整流罩，其中第四动力组件通过第四法兰装置与第四滑动轨道相连，第四动力组件的旋转轴通过第四导链连接至第四滑块，第四滑块滑动支撑在第四滑动轨道上，并与第二端部假体模块相固接；第四滑动轨道垂直于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第二水平滑动模块垂直，第四滑动轨道的上端与第二水平滑动模块连接，其下端自由悬空；第四滑动轨道的两侧安装有第二整流罩。如图10所示，所述测量分析控制模块8包括数据采集器801、运动控制器802和显示器803，其中数据采集器801的输入端与上述第一端部假体模块2和第二端部假体模块3中的两个三分力仪相连接，其输出端与显示器803相连接；运动控制器802包括运动控制输出端口和图像显示端口，其中运动控制输出端口与第一水平滑动模块6、第二水平滑动模块7、第一垂直滑动模块4和第二垂直滑动模块5中的四套动力组件相连接，图像显示端口与显示器803相连接。如图11所示，所述的假底模块11由假底板1101和支撑腿1102组成，假底板1101 位于深海管道模块1下方，假底板1101的边角上安装有支撑腿1102，支撑腿1102与拖车9 底部相连。所述支撑腿1101由上支撑腿1103、下支撑腿1104和固定旋钮1105组成上支撑腿1103为空心结构，下支撑腿1102套接在上支撑腿1103内，上支撑腿1103与下支撑腿 1104之间通过固定旋钮1105固定。工作原理
试验时，由测量分析控制模块8中的运动控制器802向第一动力组件至第四动力组件以及拖车9发出运动指令拖车9以一定速度在拖曳水池10中沿水平方向前行，在静水中前进获得相对速度，以模拟深海管道模型101静置于均勻来流中，来流与管件轴线成一定倾斜角度的情形，拖车9速度应根据深海管道模型101的尺寸配合实际海况下的雷诺数合理选取；而四套动力组件带动深海管道模块1以设定的振幅和频率沿顺流方向和垂直来流方向在两水平滑动模块以及两垂直滑动模块的滑动轨道上做往复振动，以模拟局部分段涡激振动的两自由度振动的情形，根据实验工况不同，可以通过固定旋钮1105改变支撑腿 1102长度，调节深海管道模块1与假底模块11之间距离，获得最佳实验结果。试验过程中， 第一端部假体模块2和第二端部假体模块3中的两个三分力仪测出深海管道模型101在实验过程中的所受力的大小，并将数值传输到测量分析控制模块8中的数据采集器801，数据采集器801进而将数据传输到显示器803显示成可视数据。显示器803的另一个作用就是显示运动控制器802发出的控制指令。本发明通过在深海管道模型101下方设置假底板1101，成功的模拟了管道临近海底时的海底的表面效应；同时，本发明采用了两组动力组件，可以在在顺流和垂直于来流两个方向上进行的强迫振动，也实现了管件与流场的相互耦合；本发明采用特殊的端部假体模块，其中的第一端部假体模块2和第二端部假体模块3分别固定在第三滑块和第四滑块上，与深海管道模型相互独立，深海管道模型的两端分别通过第一端部假体模块和第二端部假体模块中的三分力仪直接固定在第三滑块和第四滑块上，因此两三分力仪测量得到的数据是深海管道模型上实际所受到的力，而第一端部假体模块和第二端部假体模块起到了制造模拟流场的作用，但不对两三分力仪直接产生影响，解决了实验中深海管道模型两边出现边界效应的问题；而且，两端部假体模块成功的实现了来流与管件轴线成一定倾斜角度的工况。本发明采用的管件分段的尺寸与实际管件相仿，这样子在正常的拖车9运动速度范围内，试验工况可以达到实雷诺数范围，有效的避免了尺度效应。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置，其特征在于，包括深海管道模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块、第二水平滑动模块、测量分析控制模块和假底模块，其中深海管道模块两端分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接，第一垂直滑动模块分别与第一端部假体模块和第一水平滑动模块连接，第二垂直滑动模块分别与第二端部假体模块和第二水平滑动模块连接，第一水平滑动模块用于与拖车底部的一端固定连接并与第一垂直滑动模块连接，第二水平滑动模块用于与拖车底部的另一端固定连接并与第二垂直滑动模块连接，测量分析控制模块分别与第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块以及第二水平滑动模块相连接，假底模块位于深海管道模块的下方，用于与拖车底部固定连接；深海管道模块与第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块成一定角度连接。
2.根据权利要求1所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述深海管道模块包括第一管道固定接头、第二管道固定接头和深海管道模型，其中深海管道模型两端分别与两个管道固定接头连接，第一管道固定接头与第一端部假体模块相连接，第一管道固定接头与第二端部假体模块相连接。
3.根据权利要求1所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述第一端部假体模块包括第一假体外筒、第一三分力仪、第一三分力仪固定板、第一楔块、第一支座、第一调整组件、第一固定板、第一垫板、第一挡流板，其中第一假体外筒与第一挡流板固定，第一三分力仪分别与深海管道模块中的第一管道固定接头和第一三分力仪固定板相连，第一三分力仪固定板的一端与第一三分力仪连接，其另一端与第一楔块固接，第一楔块垂直贯穿第一挡流板，并在第一挡流板内侧用第一支座与第一挡流板固接，第一挡流板另一侧的第一楔块与第一垫板连接，第一固定板通过第一垫板与第一楔块固接，第一调整组件分别与第一固定板和第一垂直滑动模块固接；第一假体外筒轴心线与第一挡流板平面的法线成一定夹角，第一三分力仪固定板中心线及第一三分力仪中心线均与第一假体外筒轴心线重合，第一三分力仪与第一楔块的斜侧面垂直固接；所述第二端部假体模块包括第二假体外筒、第二三分力仪、第二三分力仪固定板、第二楔块、第二支座、第二调整组件、第二固定板、第二垫板、第二挡流板，其中第第二假体外筒与第二挡流板固定，第二三分力仪分别与深海管道模块中的第二管道固定接头和第二三分力仪固定板相连，第二三分力仪固定板的一端与第二三分力仪连接，其另一端与第二楔块固接，第二楔块垂直贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧用第二支座与第二挡流板固接，第二挡流板另一侧的第二楔块与第二垫板连接，第二固定板通过第二垫板与第二楔块固接，第二调整组件分别与第二固定板和第二垂直滑动模块固接；第二假体外筒轴心线与第二挡流板平面的法线成一定夹角，第二三分力仪固定板中心线及第二三分力仪中心线均与第二假体外筒轴心线重合，第二三分力仪与第二楔块的斜侧面垂直固接。
4.根据权利要求1所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述第一水平滑动模块包括第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、第一滑动轨道、第一支撑架，其中第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连，第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块，第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并与第一垂直滑动模块相固接，第一支撑架上端用于与拖车固接，其下端与第一滑动轨道固接，第一滑动轨道平行于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第一垂直滑动模块垂直；所述第二水平滑动模块包括第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道、第二支撑架，其中第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连，第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块，第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上， 并与第二垂直滑动模块相固接，第二支撑架的上端用于与拖车固接，其下端与第二滑动轨道固接，第二滑动轨道平行于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第二垂直滑动模块垂直。
5.根据权利要求1所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述第一垂直滑动模块包括第三动力组件、第三法兰装置、第三滑块、第三导链、第三滑动轨道和第一整流罩，其中第三动力组件通过第三法兰装置与第三滑动轨道相连，第三动力组件的旋转轴通过第三导链连接至第三滑块，第三滑块滑动支撑在第三滑动轨道上，并与第一端部假体模块相固接；第三滑动轨道垂直于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第一水平滑动模块垂直，第三滑动轨道的上端与第一水平滑动模块连接，其下端自由悬空；第三滑动轨道的两侧安装有第一整流罩；所述第二垂直滑动模块包括第四动力组件、第四法兰装置、第四滑块、第四导链、第四滑动轨道和第二整流罩，其中第四动力组件通过第四法兰装置与第四滑动轨道相连，第四动力组件的旋转轴通过第四导链连接至第四滑块，第四滑块滑动支撑在第四滑动轨道上， 并与第二端部假体模块相固接；第四滑动轨道垂直于用于模拟海水环境的拖曳水池的池底并与第二水平滑动模块垂直，第四滑动轨道的上端与第二水平滑动模块连接，其下端自由悬空；第四滑动轨道的两侧安装有第二整流罩。
6.根据权利要求1所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述测量分析控制模块包括数据采集器、运动控制器和显示器，其中数据采集器的输入端与上述第一部假体模块和第二端部假体模块中的两个三分力仪相连接，其输出端与显示器相连接；运动控制器包括运动控制输出端口和图像显示端口，其中运动控制输出端口与第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第一水平滑动模块和第二水平滑动模块中的四套动力组件相连接，图像显示端口与显示器相连接。
7.根据权利要求1所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述假底模块包括假底板和支撑腿，假底板位于海底管道模块的下方，海底般的边角上安装有支撑腿，该支撑腿用于与拖车底部相连接。
8.根据权利要求7所述的斜向均勻流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置， 其特征在于，所述支撑腿由上支撑腿、下支撑腿和固定旋钮组成上支撑腿为空心结构，下支撑腿套接在上支撑腿内，上支撑腿和下支撑腿之间通过固定旋钮固定连接。
全文摘要
本发明提供了一种斜向均匀流下的深海管道分段模型双向强迫振动实验装置，包括深海管道模块、假体模块、水平滑动模块、垂直滑动模块、测量分析控制模块和假底模块，其中，深海管道模块两端分别与端部假体模块连接，垂直滑动模块分别与端部假体模块和水平滑动模块连接，水平滑动模块与拖车底部固定连接，测量分析控制模块置于拖车上，与端部假体模块、两个滑动模块相连接，假底模块与拖车固定连接。本发明通过设置假底板，可以模拟海底的表面效应；实现了管件与流场的相互耦合；考虑了顺流和垂直来流两个自由度的振动，实现了来流与管件轴线成一定倾斜角度的工况；解决了深海管道模型两边边界效应的问题；试验工况可以达到实雷诺数范围。
文档编号G01M7/06GK102323032SQ20111023121
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者付世晓, 周青, 宋斌, 王俊高, 陈蓥 申请人:上海交通大学