专利名称：模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋工程领域，具体是一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置。
背景技术：
实际海洋环境中的立管为长细柔性结构，在洋流的作用下会产生涡激振动，振动引起的结构疲劳或可能的共振等将对海洋结构物的安全造成极大威胁。涡激振动对于处在海洋的立管而言是自激产生的。由于实尺度试验条件的限制，目前主要通过模型试验和数值模拟对柔性立管的涡激振动现象进行研究。模型试验将柔性立管分为多段，假设每一段为刚性圆柱体，对圆柱进行强迫振荡试验或者自激振荡试验，但是带有缩尺比的模型试验并不能准确地预报真实海况下的圆柱的动力响应；数值模拟手段则缺乏试验验证其计算结果的可靠性，且其中对流体粘性等问题的处理目前仍不完善。现有的传统自激振荡试验研究装置普遍存在以下不足(I)局限于立管分段模型的实际结构性能，只能测得具有既定结构性能参数的立管的涡激振动响应，降低了普适性，而更换立管、弹簧、阻尼器等将消耗大量时间，拖延试验进度；(2)只能依照设定的工况使分段模型以既定的周期强迫振动，无法测得分段模型在来流作用下真实的响应；(3)只能进行一个自由度的振动模拟，难以反映立管真实的运动特性；(4)难以模拟来流不垂直于结构物等特殊海况；(5)受试验装置尺寸限制，模型的长细比较小，尺度效应较大。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，旨在结合模型试验与数值模拟，通过力的测量和高带宽反馈，实时 数值模拟具有虚拟结构参数的立管的运动特性，解决现有试验装置局限于模型实际结构性能，只能进行既定周期的强迫振动，局限于顺流单自由度振动的模拟，尺度效应较大，简而言之无法较真实的模拟立管处于实际海况中的运动问题。本发明是通过以下技术方案实现的，一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，设置在拖车上，包括深海立管模块、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、第二水平滑动模块和实时控制系统模块，深海立管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；第一端部假体模块和第二端部假体模块分别与第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块连接，且第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块均与深海立管模块呈一定角度；第一水平滑动模块与第一垂直滑动模块连接，并固接至拖车底部一端，第二水平滑动模块与第二垂直滑动模块连接，并固接至拖车底部另一端；实时控制系统模块设置于拖车上，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连接，其进一步包括=RTOS系统、数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器，其中
RTOS系统依次连接数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器，用以负责数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器之间的数据传输；数据采集处理器的输入端分别与第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块连接，输出端与RTOS系统相连接，用以采集深海立管模块在均匀流中的受力和实时运动速度，并经过实时滤波、降噪以及作用力成分分析，得到力参量和速度参量发送至RTOS系统；数值模拟运算器与RTOS系统连接，用以设定深海立管模块的虚拟质量、阻尼刚度系数等参数并发送至RTOS系统，以及，接收RTOS系统发送由数据采集处理器得到的力参量和速度参量，并求解运动方程，得到深海立管模块下一时刻的运动速度发送至RTOS系统；所述运动控制器的输入端与所述RTOS系统连接，输出端分别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连接，用以根据接收到的所述RTOS系统发出的由所述数值模拟运算器得到的设定结果以及计算结果，分别向所述第一垂直滑动模块、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输出运动指 令。显示器与RTOS系统连接，用以对RTOS系统发出的由数据采集处理器得到的力参量和速度参量，以及运动控制器发出的控制指令进行显示。优选地，该深海立管模块包括深海立管模型和两个用以连接第一端部假体模块和第二端部假体模块的立管固定接头，两个立管固定接头分别连接在海立管模型的两端。优选地，该深海立管模型直径150毫米-300毫米，长度为I米-3米。优选地，该第一端部假体模块和第二端部假体模块包括假体外筒、三分力仪、三分力仪固定板、连接圆管、楔块、传感器固定板、挡流板、滑块固定块和滑块固定板，其中假体外筒与传感器固定板固定，三分力仪分别与深海立管模块中对应的立管固定接头和三分力仪固定板的一端相连；三分力仪固定板的另一端与连接圆管固接，连接圆管另一端与楔块固接；楔块贯穿挡流板，并在挡流板内侧通过传感器固定板与挡流板固接，滑块固定块的一端与挡流板另一侧的楔块连接；另一端固接于滑块固定板内侧，滑块固定板的外侧和垂直滑动模块固接；假体外筒轴心线与档流板平面的法线成一定夹角，三分力仪固定板中心线及三分力仪中心线均与假体外筒轴心线重合。优选地，该第一端部假体模块和第二端部假体模块成镜像对称结构。优选地，该第一水平滑动模块和第二水平滑动模块包括齿条、第一动力组件、第一法兰装置、滑架、滑架连板、固定座、水平滑动轨道和支撑架组，其中第一动力组件通过第一法兰装置与水平滑动轨道相连，其传动轴穿过滑架连接至齿条；滑架的一侧滑动支撑在水平滑动轨道上，另一侧与滑架连板的一侧固接；滑架连扳滑动支撑在水平滑动轨道上，且与对应的垂直滑动模块固接；支撑架组上端与拖车固接，下端通过固定座与滑动轨道固接；水平滑动轨道平行于拖曳水池池底，并与对应的垂直滑动模块垂直。优选地，该第一水平滑动模块和第二水平滑动模块成镜像对称结构。优选地，该第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块包括第二动力组件、第二法兰装置、滑块、导链、垂直滑动轨道、整流罩、固定支架和加强杆，其中第二动力组件通过第二法兰装置与垂直滑动轨道相连，其旋转轴通过导链连接至滑块，滑块滑动支撑在垂直滑动轨道上，并与对应的端部假体模块的调整组件相固接；垂直滑动轨道垂直于两水平滑动模块构成的平面，其后侧与固定支架连接，两侧安装有整流罩；加强杆两端分别安装在固定支架与对应的水平滑动模块中上。优选地，该第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块成镜像对称结构。本发明公开了一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，该装置测量得到圆柱体的速度和受力，通过求解圆柱体运动方程，得到其在水流作用下的真实运动响应信号，再将此实际运动信号通过伺服电机施加到模型上使其运动，从而模拟了自激振荡运动。试验中通过水平滑动模块用于模拟斜向流，垂直滑动模块用于模拟垂直方向上的涡激振动。本发明设定参数模拟模型结构性能，取代了传统自激振荡装置中繁琐的试验操作，加快了试验进度，并为振动系统参数的选择提供了很大的自由度；真实模拟立管横向的涡激振动；模拟斜向流特殊工况；采用大尺度立管分段，减小尺度效应；采用端部假体装置，解决模型边界效应。与现有技术相比，本发明具有以下的优点和积极效果本发明将模型试验和数值模拟相结合，采用实时控制系统，实时测量得到模型受来流的作用力、运动的速度和加速度，在反馈程序中定义圆柱体的质量、弹性系数、阻尼系数，通过求解运动方程，得到模型受力后的真实运动特性，再将此实际运动信号通过伺服电机施加到模型上使其运动，实现力反馈循环，模拟了模型的自激振动。本发明采用的数据采集处理器，可高频采集数据并进行实时滤波、降噪、运算等处理，保证结构物模型运动平稳，逼近结构物真实运动；本发明采用的数值模拟运算器，可设定质量、阻尼、刚度系数等结构性能参数，而不涉及到实际的物理模型，因此可以利用同一套试验模型对不同质量、阻尼和弹簧刚度的组合进行更广范围的自激振荡试验，简化了试验操作，加快了试验进度；本发明通过水平滑动模块用于模拟流，垂直滑动模块用于模拟垂直方向上的涡激振动。本发明采用水平20m、垂直2. 4m的精密轨道配合运动控制，有利于提高了控制精度。此外，本发明采用特殊的端部假体装置制造模拟流场，而不直接影响测量装置，解决了试验中模型两边出现的边界效应问题；本发明采用的立管分段直径可达250mm，长度可达2m，从而在正常拖车运动速度范围内，雷诺数达IO6量级，减小了尺度效应，同时立管模型与来流成一定夹角，模拟圆柱在斜向流作用下的涡激振动响应。
图I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立管模块的结构示意图；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端部假体模块假体外筒内部结构示意图；图7是本发明实施例提供的垂直滑动模块的结构示意图；图8是本发明实施例提供的垂直滑动模块的侧视图；图9是本发明实施例提供的水平滑动模块的结构示意图；图10是本发明实施例提供的实时控制系统模块的结构示意图。图中，I为深海立管模块，2为第一端部假体模块，3为第二端部假体模块，4为第一垂直滑动模块，5为第二垂直滑动模块，6为第一水平滑动模块，7为第二水平滑动模块，8为实时控制系统模块，9为拖车，101为深海立管模型，102为立管固定接头，201为假体外筒，202为三分力仪，203为三分力仪固定板，204连接圆管，205楔块，206传感器固定板，207挡流板，208滑块固定块，209滑块固定板，401为第二动力组件，402为第二法兰装置，403为滑块，404为导链，405为垂直滑动轨道，406为整流罩，407为固定支架，408为加强杆，601为齿条，602为第一动力组件，603为第一法兰装置，604为滑架，605为滑架连板，606为固定座，607为水平滑动轨道，608为支撑架组，801为RTOS系统，802为数据采集处理器，803为数值模拟运算器，804为运动控制器，805为显示器。
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。请参阅图I至图3，一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，包括深海立管模块I、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和实时控制系统模块8，其中深海立管模块I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 一端底部固定连接并和第一垂直滑动模块4连接，第二水平滑动模块7与拖车9另一端底部固定连接并和第二垂直滑动模块5连接，深海立管模块I与第一垂直滑动模块4、第二垂直滑动模块5之间呈一定角度安装，实时控制系统模块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。如图4所示，深海立管模块I包括两个立管固定接头102和深海立管模型101，两个立管固定接头102分别连接在深海立管模型101的两端，深海立管模块101通过两端的立管固定接头102两个端部假体模块2、3相连接。进一步地，深海立管模型101的直径为250毫米，长度为2米。第一端部假体模块2和第二端部假体模块3成镜像对称结构，如图5、图6所示，第一端部假体模块2和第二端部假体模块3包括假体外筒201、三分力仪202、三分力仪固定板203、连接圆管204、楔块205、传感器固定板206、挡流板207、滑块固定块208、滑块固定板209，其中假体外筒201与传感器固定板206固定，三分力仪202分别与深海立管模块I中的两个立管固定接头102和三分力仪固定板203相连；三分力仪固定板203的另一端与连接圆管204的一端固接，连接圆管204另一端与楔块205固接；楔块205穿设于所述挡流板207，并在挡流板207内侧通过传感器固定板206与挡流板207固接；滑块固定块208的一端与挡流板207另一侧的楔块205连接，另一端固接于滑块固定板209内侧，滑块固定板209的外侧和垂直滑动模块4固接；假体外筒201轴心线与档流板209平面的法线成一定夹角，三分力仪固定板203中心线及三分力仪202中心线均与假体外筒201轴心线重合。第一垂直滑动模块4和第二垂直滑动模块5成镜像对称结构，如图7、图8所示，第一垂直滑动模块4和第二垂直滑动模块5包括第二动力组件401、第二法兰装置402、滑块403、导链404、垂直滑动轨道405、整流罩406、固定支架407、加强杆408，其中第二动力组件401通过第二法兰装置402与垂直滑动轨道405相连，其旋转轴通过导链404连接至滑块403，滑块403滑动支撑在第二滑动轨道405上，并与对应的端部假体模块2的调整组件206相固接；第二滑动轨道405垂直于两水平滑动模块6、7构成的平面，其后侧与固定支架407连接，两侧安装有整流罩406 ;加强杆408两端分别安装在固定支架407与对应的水平滑动模块中的滑架连板608上。第一水平滑动模块6和第二水平滑动模块7成镜像对称结构，如图9所示，第一水平滑动模块6和第二水平滑动模块7包括齿条601、第一动力组件602、第一法兰装置603、滑架604、滑架连板605、固定座606、水平滑动轨道607和支撑架组608，其中第一动力组件602通过第一法兰装置603与水平滑动轨道607相连，其传动轴穿过滑架604连接至齿条601 ;滑架604的一侧滑动支撑在水平滑动轨道607上，另一侧与滑架连板605的一侧固接；滑架连扳605滑动支撑在滑动轨道上，且与对应的垂直滑动模块的固定支架407相固接；支撑架组608上端与拖车9固接，下端通过固定座606与水平滑动轨道607固接；水平 滑动轨道607平行于拖曳水池10池底，并与对应的垂直滑动模块垂直。具体地，水平滑动轨道607的长度为20m，垂直滑动轨道405的长度为2. 4m更为具体地，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和第二水平滑动模块7的动力组件上均设置有编码器，编码器、第一端部假体模块2的三分力仪和第二端部假体模块3的三分力仪均与实时控制系统模块8连接，用以采集深海立管模块I在斜向均匀流中的受力和实时运动速度。如图10所示，实时控制系统模块8包括RT0S系统801、数据采集处理器802、数值模拟运算器803、运动控制器804和显示器805。其中RTOS系统801依次连接数据采集处理器802、数值模拟运算器803、运动控制器804和显示器805，用以负责数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器之间的数据传输；数据采集处理器802的输入端分别与设置在第一端部假体模块2和第二端部假体模块3的三分力仪上，以及第一垂直滑动模块4和第二垂直滑动模块5的动力组件上的编码器连接，输出端与RTOS系统801相连接，用以采集深海立管模块在均匀流中的受力和实时运动速度，并经过实时滤波、降噪以及作用力成分分析，得到力参量和速度参量发送至RTOS 系统 801 ；数值模拟运算器803与RTOS系统801连接，用以设定深海立管模块I的虚拟质量、阻尼刚度系数等参数并发送至RTOS系统801，以及，接收RTOS系统801发送由数据采集处理器802得到的力参量和速度参量，并求解运动方程，得到深海立管模块下一时刻的运动速度发送至RTOS系统801 ；运动控制器804的输入端与RTOS系统801连接，输出端分别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连接，用以根据接收到的RTOS系统801发出的由数值模拟运算器803得到的设定结果以及计算结果，分别向第一水平滑动模块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输出运动指令。显示器805与RTOS系统801连接，用以对RTOS系统801发出的由数据采集处理器802得到的力参量和速度参量，以及运动控制器804发出的控制指令进行显示。以下结合图10，具体说明本发明的工作原理为试验开始前，在测量分析模块8的数值模拟运算器803中设定模拟深海立管模型101性能的质量、阻尼、刚度系数等参数。试验开始时，运动控制器803向第一水平滑动轨道6的第一动力组件601、第二水平滑动轨道7的第一动力组件601发出运动指令，使试验装置以一定初始速度在拖曳水池中沿水平方向前行，由于深海立管模型101与前行方向成一定角度，因而通过在静水中前进获得相对速度可以模拟其静置于斜向均匀来流中的情形；试验过程中，第一端部假体模块2中的三分力仪202及第二端部假体模块3中的三分力仪202测出深海立管模型101在斜向均匀流中的受力，第一垂直滑动模块4的第二动力组件401、第二垂直滑动模块5的第二动力组件401等两套动力组件的编码器测出深海立管模型101实时运动速度，数据采集处理器802以高频采样获得数据，经过实时滤波、降噪、以及作用力成分分析等，得到力参量和速度参量，并将其输出给数值模拟运算器803，同时将数据传输到显示器805显示成可视数据。数值模拟运算器803依据数据采集处理器802输入的 力参量和速度参量，求解运动方程，得到深海立管模型101下个时刻真实的运动速度，并将其输出给运动控制器804生成控制指令。其中，测量分析模块8中所有数据的传输均通过RTOS系统801完成。此后，由运动控制器804向第一、第二垂直滑动模块的动力组件401、501发出运动指令，使其带动深海立管模块I横向以计算速度在垂直第一、第二垂直滑动模块4、5的垂直滑动轨道405上运动，并在2ms之后到达计算得到的速度，从而模拟立管的真实运动。运动控制器发出的控制指令被同步输出到显示器3上显示。至此，装置实现一个工作循环。此后，第一端部假体模块2和第二端部假体模块3中的三分力仪202等和编码器继续测出深海立管模型101在均匀流中的受力和真实速度，重复上述工作循环，构成力反馈系统。本发明将模型试验和数值模拟相结合，采用实时控制系统，实时测量得到模型受来流的作用力、运动的速度和加速度，在反馈程序中定义圆柱体的质量、弹性系数、阻尼系数，通过求解运动方程，得到模型受力后的真实运动特性，再将此实际运动信号通过伺服电机施加到模型上使其运动，实现力反馈循环，模拟了模型的自激振动。本发明采用的数据采集处理器802，可高频采集数据并进行实时滤波、降噪、运算等处理，保证结构物模型运动平稳，逼近结构物真实运动；本发明采用的数值模拟运算器803，可设定质量、阻尼、刚度系数等结构性能参数，而不涉及到实际的物理模型，因此可以利用同一套试验模型对不同质量、阻尼和弹簧刚度的组合进行更广范围的自激振荡试验，简化了试验操作，加快了试验进度；本发明采用两组动力装置，通过水平滑动模块用于模拟流，垂直滑动模块用于模拟垂直方向上的涡激振动。本发明采用水平20m、垂直2. 4m的精密轨道配合运动控制，有利于提高了控制精度。此外，本发明采用特殊的端部假体装置制造模拟流场，而不直接影响测量装置，解决了试验中模型两边出现的边界效应问题；本发明采用的立管分段直径可达250mm，长度可达2m，从而在正常拖车运动速度范围内，雷诺数达IO6量级，减小了尺度效应，同时立管模型与来流成一定夹角，模拟圆柱在斜向流作用下的涡激振动响应。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，设置在拖车上，其特征在于，包括深海立管模块、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、第二水平滑动模块和实时控制系统模块，所述深海立管模块两端分别与所述第一端部假体模块和第二端部假体模块连接；所述第一端部假体模块和第二端部假体模块分别与所述第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块连接，且所述第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块均与所述深海立管模块呈一定角度；所述第一水平滑动模块与所述第一垂直滑动模块连接，并固接至所述拖车底部一端，所述第二水平滑动模块与所述第二垂直滑动模块连接，并固接至所述拖车底部另一端；所述实时控制系统模块设置于所述拖车上，分别与所述第一端部假体模块、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连接，其进一步包括RTOS系统、数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器，其中 所述RTOS系统依次连接所述数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器，用以负责所述数据采集处理器、数值模拟运算器、运动控制器和显示器之间的数据传输; 所述数据采集处理器的输入端分别与所述第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块连接，输出端与RTOS系统相连接，用以采集所述深海立管模块在均匀流中的受力和实时运动速度，并经过实时滤波、降噪以及作用力成分分析，得到力参量和速度参量发送至所述RTOS系统； 所述数值模拟运算器与RTOS系统连接，用以设定所述深海立管模块的虚拟质量、阻尼刚度系数等参数并发送至所述RTOS系统，以及，接收所述RTOS系统发送由所述数据采集处理器得到的力参量和速度参量，并求解运动方程，得到所述深海立管模块下一时刻的运动速度发送至所述RTOS系统； 所述运动控制器的输入端与所述RTOS系统连接，输出端分别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连接，用以根据接收到的所述RTOS系统发出的由所述数值模拟运算器得到的设定结果以及计算结果，分别向所述第一垂直滑动模块、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输出运动指令。
所述显示器与RTOS系统连接，用以对所述RTOS系统发出的由数据采集处理器得到的力参量和速度参量，以及所述运动控制器发出的控制指令进行显示。
2.根据权利要求I所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述的深海立管模块包括深海立管模型和两个用以连接所述第一端部假体模块和第二端部假体模块的立管固定接头，所述两个立管固定接头分别连接在海立管模型的两端。
3.根据权利要求2所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述深海立管模型直径150毫米-300毫米，长度为I米_3米。
4.根据权利要求2所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述第一端部假体模块和第二端部假体模块包括假体外筒、三分力仪、三分力仪固定板、连接圆管、楔块、传感器固定板、挡流板、滑块固定块和滑块固定板，其中所述假体外筒与所述传感器固定板固定，所述三分力仪分别与所述深海立管模块中对应的立管固定接头和三分力仪固定板的一端相连；所述三分力仪固定板的另一端与连接圆管固接，所述连接圆管另一端与所述楔块固接；所述楔块贯穿挡流板，并在挡流板内侧通过所述传感器固定板与挡流板固接，所述滑块固定块的一端与所述挡流板另一侧的所述楔块连接；另一端固接于所述滑块固定板内侧，所述滑块固定板的外侧和垂直滑动模块固接；所述假体外筒轴心线与所述档流板平面的法线成一定夹角，所述三分力仪固定板中心线及三分力仪中心线均与假体外筒轴心线重合。
5.根据权利要求4所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述第一端部假体模块和第二端部假体模块成镜像对称结构。
6.根据权利要求I所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述第一水平滑动模块和第二水平滑动模块包括齿条、第一动力组件、第一法兰装置、滑架、滑架连板、固定座、水平滑动轨道和支撑架组，其中所述第一动力组件通过所述第一法兰装置与所述水平滑动轨道相连，其传动轴穿过所述滑架连接至所述齿条；所述滑架的一侧滑动支撑在所述水平滑动轨道上，另一侧与所述滑架连板的一侧固接；所述滑 架连扳滑动支撑在水平滑动轨道上，且与对应的所述垂直滑动模块固接；所述支撑架组上端与所述拖车固接，下端通过所述固定座与所述滑动轨道固接；所述水平滑动轨道平行于拖曳水池池底，并与对应的所述垂直滑动模块垂直。
7.根据权利要求6所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述第一水平滑动模块和第二水平滑动模块成镜像对称结构。
8.根据权利要求I所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，所述第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块包括第二动力组件、第二法兰装置、滑块、导链、垂直滑动轨道、整流罩、固定支架和加强杆，其中所述第二动力组件通过所述第二法兰装置与所述垂直滑动轨道相连，其旋转轴通过所述导链连接至所述滑块，所述滑块滑动支撑在所述垂直滑动轨道上，并与对应的所述端部假体模块的所述调整组件相固接；所述垂直滑动轨道垂直于两水平滑动模块构成的平面，其后侧与所述固定支架连接，两侧安装有所述整流罩；所述加强杆两端分别安装在固定支架与对应的所述水平滑动模块中上。
9.根据权利要求8所述的模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，其特征在于，第一垂直滑动模块和第二垂直滑动模块成镜像对称结构。
全文摘要
本发明公开了一种模拟斜向均匀流下深海立管横向自激振动的试验装置，该装置测量得到圆柱体的速度和受力，通过求解圆柱体运动方程，得到其在水流作用下的真实运动响应信号，再将此实际运动信号通过伺服电机施加到模型上使其运动，从而模拟了自激振荡运动。试验中通过水平滑动模块用于模拟斜向流，垂直滑动模块用于模拟垂直方向上的涡激振动。本发明设定参数模拟模型结构性能，取代了传统自激振荡装置中繁琐的试验操作，加快了试验进度，并为振动系统参数的选择提供了很大的自由度；真实模拟立管横向的涡激振动；模拟斜向流特殊工况；采用大尺度立管分段，减小尺度效应；采用端部假体装置，解决模型边界效应。
文档编号G01M10/00GK102967437SQ201210437190
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者付世晓, 陈希恰, 许玉旺, 钟芊, 位巍 申请人:上海交通大学