一种模拟海底管土与水平强迫振荡测量细长立管动力响应装置，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块、测量分析控制模块，其中：深海立管模块两端分别与顶部边界模块和底部边界模块相连接，固定模块与顶部边界模块和顶部滑动模块相连接，顶部滑动模块和拖车底部固定端相连接，底部沙板模块与底部边界模块和水池小假底相连接，测量分析控制模块分别与深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块相连接。本发明专利技术装置，可模拟海底管土作用与水平强迫振荡状态下顶端可运动立管的涡激振动测试。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种模拟海底管土与水平强迫振荡测量细长立管动力响应装置，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块、测量分析控制模块，其中：深海立管模块两端分别与顶部边界模块和底部边界模块相连接，固定模块与顶部边界模块和顶部滑动模块相连接，顶部滑动模块和拖车底部固定端相连接，底部沙板模块与底部边界模块和水池小假底相连接，测量分析控制模块分别与深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块相连接。本专利技术装置，可模拟海底管土作用与水平强迫振荡状态下顶端可运动立管的涡激振动测试。【专利说明】 模拟海底管土与水平强迫振荡测量细长立管动力响应装置
本专利技术涉及海洋工程领域，具体地涉及一种可模拟海底管土作用与水平强迫振荡下测量细长立管动力响应，同时监测涡激振动(VIV)的实验装置。
技术介绍
在风浪流的作用下，海洋浮式结构物将带动悬链线立管在水中作周期性往复运动，从而在立管运动方向上产生相对振荡来流，这种振荡来流将激励立管悬垂段发生“间歇性”的涡激振动。在浮体运动和环境载荷作用下，立管与海床的相互作用，会使立管产生非常大的弯曲应力，容易发生疲劳破坏。近几年来，随着深海石油系统的开发，工程上开始大量采用悬链式立管。深水环境中的立管可视为细长柔性结构，此时小变形理论不再适用，这使得立管的涡激振动问题更加突出，因此对于细长柔性立管顶部平台与海床作用下的整体涡激振动响应特性的分析是其能否应用于工程实践的关键所在。 以往预报细长海洋结构物的涡激振动危害最常用的方法是数值计算SHEAR7、VIVA、VIVANA，这种通过理论公式来预测荷载和响应的方法至今仍具有很大的不确定性。目前为止，对柔性管涡激振动现象的研宄最重要的方法之一就是模型试验方法。模型试验中观察到的现象更接近于自然界的真实情况。通过对现有技术的检索，立管模型试验一般在拖曳海洋工程深水池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动的测试。发表于 “Applied Ocean Research (2013) ” 43 刊中的论文 “Experiments with asteel catenary riser model in a towing tank”(拖曳水池中的细长柔性立管模型实验)，在拖曳水池中通过运行与立管相连接的车厢来模拟立管周围的稳定流场，在立管上安装微型加速度测量仪监测立管的状态。分析此种测试技术，发现其不足点在于:1、考虑到拖曳水池的深度，一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效地进行实雷诺数下的涡激振动测试；2、无法通过实验模拟立管与海床的相互作用；3、不易于布置立管周围的水下监控设备，在进行缓波型立管模型测试时不能调节立管的形状；4、不能进行一定流速下的强迫振荡实验；5、在实验中安装立管过程较复杂；6、不能有效模拟海洋平台的运动。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出一种可模拟海底管土作用与水平强迫振荡下测量细长立管动力响应，同时监测VIV的装置，旨在提供一种可模拟海底管土作用与水平强迫振荡状态下顶端可运动立管的涡激振动测试装置，能够模拟实际尺寸立管、海洋平台运动，且可以长时间置于海洋工程深水池中进行柔性立管模型的涡激振动测试装置。 为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下: 一种模拟海底管土与水平强迫振荡测量细长立管动力响应装置，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块、测量分析控制模块，其中:深海立管模块两端分别与顶部边界模块和底部边界模块相连接，固定模块与顶部边界模块和顶部滑动模块相连接，顶部滑动模块和拖车底部固定端相连接，底部沙板模块与底部边界模块和水池小假底相连接，深海立管模块分别与固定模块、顶部滑动模块和底部沙板模块在同一个平面内，测量分析控制模块分别与深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块相连接。 所述深海立管模块包括:深海立管模型、光纤传感器，其中光纤传感器布置在深海立管上，立管的顶端和顶部边界模块相连接，立管的底部和底部边界模块相连接。 所述的顶部边界模块包括:顶部夹具外缘、顶部夹具底板、第一垫板、第一万向节固定板、万向节转动装置、第二万向节固定板、三分力仪固定板、三分力仪、第一调整组件、第一楔块，其中，顶部夹具外缘和深海立管模型相连接，两者在同一平面内，顶部夹具底板与顶部夹具外缘固接，并与第一垫板相连接，第一万向节固定板与第一垫板和万向节转动装置相连接，万向节转动装置与第一万向节固定板和第二万向节固定板固接，第二万向节固定板和三分力仪固定板一侧连接，三分力仪固定板的另一侧和三分力仪连接，三分力仪的末端与第一调整组件相连接，第一调整组件的另一侧固接在第一楔块上，第一楔块的侧面固定在固定模块中的垂直固定块上。 所述的底部边界模块包括:底部夹具外缘、底部夹具底板、底部连接件、单分力仪、第二调整组件、第二垫板、第三万向节固定板、万向节转动装置、第四万向节固定板、底部固定板，其中，底部夹具外缘和深海立管模型相连接，两者在同一平面内，底部夹具底板与底部夹具外缘固接，与底部连接件固接，底部连接件另一头与单分力仪相连接，单分力仪与底部连接件和第二调整组件相连接，第二调整组件与第二垫板相连接，第二垫板与第三万向节固定板固接，第三万向节固定板与万向节转动装置相固接，万向节转动装置的另一侧和第四万向节固定板相固接，第四万向节固定板的另一侧和底部固定板相固接，底部固定板焊接在底部沙板模块的变沙板面板上。 所述的固定模块包括:整流罩、垂直固定板和垂直固定块；所述的垂直固定板安装在顶部滑动模块的第一滑块上，其上滑动安装有垂直固定块，两侧分别安装有整流罩，所述的垂直固定块与顶部边界模块中的第一楔块相固接。 所述的顶部滑动模块包括: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接，其旋转轴通过第一导链连接至第一滑块上，第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并且与固定模块上的垂直固定板相连接。 所述的底部沙板模块包括:变沙板面板，面板补板，面板连接块，第二连接块，底部固定轨道，第二支撑架，其中变沙板面板的底端连接在底部边界模块中的底部固定板上，面板补板焊接在小假底的正下方，并与两块面板连接块相连接，面板连接块与面板补板上的第二连接块固接，面板补板焊接在底部固定轨道上，底部固定轨道焊接在第二支撑架上。 所述的测量分析控制模块包括:数据采集处理器，运动控制器和显示器，其中:数据采集处理器的输入端与所述顶部边界模块中的三分力仪和底部边界模块中的单分力仪，以及光纤传感器相连接，其输出端与显示器相连接；运动控制器包括运动控制输出窗口和图像显示端口，运动控制输出窗口与所述顶部滑动模块、底部沙板模块的相连接，图像显示端口与显示器相连接。 本专利技术具有的优点和积极效果是: 1、本专利技术可以实现立管在均匀来流作用下的涡激振动测试； 2、本专利技术可以模拟不同刚度海床下立管受到顶部平台影响后的运动情况； 3、本专利技术可以充分利用海洋工程深水池的深度模拟大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟海底管土与水平强迫振荡测量细长立管动力响应装置，其特征在于，包括深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块、测量分析控制模块，其中：深海立管模块两端分别与顶部边界模块和底部边界模块相连接，固定模块与顶部边界模块和顶部滑动模块相连接，顶部滑动模块和拖车底部固定端相连接，底部沙板模块与底部边界模块和水池小假底相连接，深海立管模块分别与固定模块、顶部滑动模块和底部沙板模块在同一个平面内，测量分析控制模块分别与深海立管模块、顶部边界模块、底部边界模块、固定模块、顶部滑动模块、底部沙板模块相连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苏琳，陈逸凡，曾亚东，马磊鑫，欧绍武，蔡曦，冯辉，付世晓，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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