[发明专利]均匀流下的深海管道分段模型垂直来流强迫振动实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，尤其是一种均匀流下的深海管道分段模型垂直来流强迫振动实验装置。

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匀性及海床底流、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。学术界一致认为横向振动比流向振动要打的多，故而一般限制管件仅在垂直于来流方向上具有自由度，以简化问题的复杂程度。

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。

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，测量其在均匀来流下的受力情况，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。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种均匀流下的深海管道分段模型垂直来流强迫振动实验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种均匀流下的深海管道分段模型垂直来流强迫振动实验装置，包括深海管道模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一滑动模块、第二滑动模块、第一固定模块、第二固定模块、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固定连接，第一滑动模块分别与第一端部假体模块和第一固定模块连接，第二滑动模块分别与第二端部假体模块和第二固定模块连接，第一固定模块用于与拖车底部的一端固定连接并与第一滑动模块连接，第二固定模块用于与拖车底部的另一端固定连接并与第二滑动模块连接，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、第一滑动模块以及第二滑动模块相连接，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。

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连接，第一三分力仪分别与深海管道模块中的第一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一端与第一三分力仪连接，另一端与第一楔块固接，第一楔块贯穿第一挡流板，并在第一挡流板内侧与第一挡流板固接，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滑动模块固接。

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：第二假体外筒与第二挡流板固定连接，第二三分力仪分别与深海管道模块中的第二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一端与第二三分力仪连接，另一端与第二楔块固接，第二楔块贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧与第二挡流板固接，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滑动模块固接。

所述第一滑动模块包括：第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、第一滑动轨道和第一整流罩，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，并与第一端部假体模块中的第一调整组件相固接，第一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固定模块垂直，第一滑动轨道的上端与第一固定模块固定连接，下端自由悬空；第一滑动轨道的两侧安装有整流罩。

所述第二滑动模块包括：第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道和第二整流罩，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，并与第二端部假体模块中的第二调整组件相固接，第二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固定模块垂直，第二滑动轨道的上端与第二固定模块固定连接，下端自由悬空；第二滑动轨道的两侧安装有整流罩。