【技术实现步骤摘要】
本技术属于海洋工程，特别涉及到一种用于柔性结构的冰激振动模型实验装置。
技术介绍
1、寒区海域蕴藏着丰富的石油、天然气以及风能资源。受经济性因素限制，柔性结构是寒区海上能源开发中最常用的结构形式之一，典型代表结构有我国渤海、加拿大海域和美国海域的单桩腿油气平台、多桩腿导管架油气平台；我国渤海、欧洲海域的海上风力发电结构；欧洲海域、北极地区的灯塔结构、半潜平台立管结构等。然而，在海冰影响下，结构物的抗冰设计、抗冰性能分析及安全保障措施等是当前亟待解决的工程问题。其中，核心问题是冰激振动。
2、目前，寒区柔性抗冰结构物仍处于静力设计阶段，即主要考虑最大静冰力或最大倾覆力矩，忽略了结构在动冰荷载下的性能，即动力失效模式。而柔性结构的固有频率(hz)较低，振动周期同挤压冰力周期较接近，在很多情况下都会产生强烈的冰激振动。通过对渤海导管架平台多年现场监测，发现海冰会引起柔性抗冰结构明显的动力放大，平台的冰振响应十分显著，对结构本身和作业人员以及管汇系统造成不良影响。历史上柔性抗冰结构曾发生过多次工程事故：二十世纪六十年代，美国阿拉斯加库克湾的采油平台上第一次发现了冰激结构振动现象；随后波斯尼亚湾的灯塔和航标倒塌；渤海导管架平台被海冰推翻；加拿大波弗特海域的大沉箱结构molikpaq在冰激振动下地基土壤发生液化下陷。冰激振动对寒区海洋资源开发威胁巨大。
3、国际上关于冰激直立结构振动的模型理论可以分为两类：一类是强迫振动理论，该理论认为冰的破碎长度是一个仅取决于冰自身的参数，与结构无关；另一类是自激振动理论，认为动冰
4、渤海导管架平台的冰激振动问题已经得到了有效的解释与解决(加抗冰锥)，且已写入国际规范。然而，与渤海平台结构相比，其他柔性结构的尺寸特征和动力特性差异较大，比如隔水套管、电缆管、风电基础等，其在海冰作用下的冰振问题研究还不够完善，其“锁频”振动的判据(冰厚、冰速和结构特征)还不够明确。物理模型试验是研究上述问题的有效手段之一。
5、因此，有必要开发一种用于柔性结构的冰激振动模型实验装置。
技术实现思路
1、本技术目的是针对服役于高纬度地区结冰海域的柔性结构，提供一种能够更好模拟冰与结构相互作用过程，并且能够有效地采集结构响应数据，用来验证冰激振动以及为冰激振动发生条件提供参考的模型实验装置。
2、为此，本技术的上述目的通过如下技术方案实现：
3、一种用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述用于柔性结构的冰激振动模型实验装置模型包括低温实验室以及全部位于低温实验室内的模型冰制备模块、柔性结构模型、海冰加载模块以及采集模块；
4、所述模型冰制备模块包括喷淋装置、冰槽，所述喷淋装置处于冰槽的上方；
5、所述柔性结构模型包括细长钢管和处于细长钢管顶部的质量块，所述质量块与细长钢管之间可拆卸；
6、所述海冰加载模块包括作动器、支撑架和钢架；所述作动器的一端固定至钢架端部，所述作动器的另一端连接至冰槽上并驱动冰槽内的冰向柔性结构模型作用，所述支撑架用于向上支撑、滑动具有冰槽；
7、所述采集模块包括力传感器、第一应变片、第二应变片、第三应变片、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和摄像机；所述力传感器设置在细长钢管上与冰相作用的位置；所述第二应变片设置在细长钢管上与冰相作用的位置附近，所述第一应变片、第三应变片分别设置在细长钢管的上部、下部；所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器分别对应于细长钢管的顶端、细长钢管与冰相作用的位置；所述摄像机用于获取海冰作用破碎行为。
8、在采用上述技术方案的同时，本技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
9、作为本技术的一种优选技术方案：所述冰槽内设有温度传感器。
10、作为本技术的一种优选技术方案：所述冰槽下方设有多个滚轮。
11、作为本技术的一种优选技术方案：所述作动器与钢架之间经法兰连接。
12、作为本技术的一种优选技术方案：所述冰槽靠近细长钢管的一侧设有缺口，所述缺口的开度可调节以保证相互作用过程中不受冰槽干扰。
13、作为本技术的一种优选技术方案：所述细长钢管和顶部质量块可拆卸、更换、组合，可调实现不同结构动力特征的模拟。
14、本技术提供一种用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：
15、(1)、喷淋装置的使用和调温过程(温度传感器反馈)保证模型冰的晶体类型与实际海冰一致，既保证了模型冰冻结完全，又保证模型冰达到实验所需强度；
16、(2)、其柔性结构模型的设计考虑了结冰海域柔性结构(如隔水套管、电缆管、风电基础等)的力学特性，能够更好地模拟不同结构特性和尺寸特征的柔性窄结构与海冰发生冰激振动的过程；
17、(3)、采用柔性结构模型固定，模型冰运动方式进行加载实验，更合理地模拟了实际工程中，固定式海洋柔性结构物的海冰作用过程，避免因加载方式不同而产生的结构响应误差和海冰破碎过程的偏差；
18、(4)、采集模块的传感器设置，能够全面、有效地获取细长钢管所受冰力的变化情况、结构动力响应和海冰与结构作用破碎行为。
19、(5)、使用本技术所提供的实验装置进行实验，在一定加载速度与冰厚范围内，柔性结构模型上也发现了冰激振动，且与基于理论的数值模拟结果基本吻合。
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1.一种用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述用于柔性结构的冰激振动模型实验装置模型包括低温实验室以及全部位于低温实验室内的模型冰制备模块、柔性结构模型、海冰加载模块以及采集模块；
2.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述冰槽内设有温度传感器。
3.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述冰槽下方设有多个滚轮。
4.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述作动器与钢架之间经法兰连接。
5.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述冰槽靠近细长钢管的一侧设有缺口，所述缺口的开度可调节以保证相互作用过程中不受冰槽干扰。
6.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述细长钢管和顶部质量块可拆卸、更换、组合，可调实现不同结构动力特征的模拟。
【技术特征摘要】
1.一种用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述用于柔性结构的冰激振动模型实验装置模型包括低温实验室以及全部位于低温实验室内的模型冰制备模块、柔性结构模型、海冰加载模块以及采集模块；
2.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述冰槽内设有温度传感器。
3.根据权利要求1所述的用于柔性结构的冰激振动模型实验装置，其特征在于：所述冰槽下方设有多个滚轮。
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宝峰，赵悦，王刚，祝周杰，俞华锋，刘荣，黄国香，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：
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