[发明专利]动波壁圆筒实验装置

说明书

技术领域

 本发明涉及一种用于研究动波浪壁圆柱绕流的实验装置，以获得波浪壁对涡激振动及阻力的抑制效果，属于内河及海洋工程模拟实验技术领域。

背景技术

在内河及海洋工程中，有众多水下圆柱型结构，如海洋平台支柱、码头基柱、桥墩等，这些水下立柱所承受的环境载荷主要有风、浪、流、冰及地震载荷等，其中，波浪和水流是最重要的载荷，在一定的流速下会使得立柱尾迹产生周期性的漩涡脱落，尤其当立柱的固有频率与漩涡脱落的频率接近时，就产生了涡激共振现象，从而导致立柱的疲劳损害，严重影响立柱的使用寿命及工作性能，甚至带来严重的工程和环境事故。

    目前对于运动波浪壁圆柱对涡激振动及阻力的影响还处于理论研究阶段，还没有实验验证，需要一种能准确的模拟出波浪运动，并能调节不同参数，验证数值模拟结果的动波壁圆筒实验装置，为实际工程应用提供指导及依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟准确、便于制造、成本较低、安装方便、适应性强的主动抑制涡激振动及减阻的动波壁圆筒实验装置，实现对动波壁圆柱绕流的实验研究。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种动波壁圆筒实验装置，包括圆筒、动力机构、传动机构和波动机构，所述动力机构设置在圆筒上端，所述传动机构垂直设置在圆筒内，动力机构输出端与传动机构上端衔接；与传动机构同轴设置的波动机构设置在圆筒内，包括圆筒上盖、圆筒下盖、两个上波动轮、两个下波动轮、上传动轴、下传动轴、多根顶杆、多根波动杆、多个回复弹簧和包容部分圆筒的弹性蒙皮，圆筒上盖、圆筒下盖固定在圆筒的上端和下端，上传动轴和下传动轴同轴心地垂直设置在圆筒内，上传动轴上端、下传动轴下端分别通过上轴承、下轴承支撑在圆筒上盖和圆筒下盖中；上波动轮外轮廓线、下波动轮外轮廓线均为连续的波浪形封闭环形曲线，两个上波动轮固定在上传动轴下部，两个下波动轮固定在下传动轴中部，且两个上波动轮或两个下波动轮的波峰波谷同相位对应；在圆筒壁与两个上波动轮、两个下波动轮的外轮廓线对应处，上下均布分别与上波动轮、下波动轮对应的数排周向成90°扇形分布的多个顶杆导孔；其中，在圆筒壁分别与两个上波动轮外轮廓或两个下波动轮外轮廓对应处，多根顶杆分别穿过圆筒壁上对应的顶杆导孔，顶杆一端抵靠在上波动轮外轮廓或下波动轮外轮廓上，顶杆另一端与波动杆垂直固定连接，多根波动杆与弹性蒙皮内侧面固定连接，位于圆筒壁内的回复弹簧套在顶杆上。

    本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的动波壁圆筒实验装置，其中与两个上波动轮外轮廓对应的两排成90°扇形分布的多个顶杆导孔群的上相位角α与两个下波动轮外轮廓对应的两排成90°扇形分布的多个顶杆导孔群的下相位角β之和为180°。

前述的动波壁圆筒实验装置，其中所述顶杆弯成由两段水平杆和一段垂直杆连接成的槽形，所述两段水平杆分别穿过上下两排对应顶杆导孔并与波动杆垂直固定连接；所述回复弹簧套在水平杆上。

前述的动波壁圆筒实验装置，其中所述动力机构包括驱动电机、电机固定座和固定架及抱箍，驱动电机一端固定在电机固定座上，主动小圆锥齿轮垂直固定在驱动电机轴上；所述固定架由两根平行设置的角钢组成，电机固定座下端固定在一根角钢上；抱箍两端分别固定在固定架内侧，并通过紧固件固定在圆筒上端；固定架两端分别通过固定座固定在实验水槽上侧。

前述的动波壁圆筒实验装置，其中所述传动机构包括主动小圆锥齿轮、从动大圆锥齿轮、第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、两个过桥传动圆锥齿轮和横轴，主动小圆锥齿轮垂直固定在驱动电机轴上，从动大圆锥齿轮固定在上传动轴上端，第一圆锥齿轮固定在上传动轴下端，位于两个上波动轮之下；第二圆锥齿轮固定在下传动轴上端，位于两个下波动轮之上，两个过桥传动圆锥齿轮端面相对地分别通过轴承支承在横轴中部，所述横轴两端分别嵌装在圆筒壁内侧的两相对轴向腰槽上。    

前述的动波壁圆筒实验装置，其中所述传动机构的传动链如下：主动小圆锥齿轮——从动大圆锥齿轮——第一圆锥齿轮——两个过桥传动圆锥齿轮——第二圆锥齿轮顺次啮合，其中，第一圆锥齿轮、两个过桥传动圆锥齿轮和第二圆锥齿轮啮合搭接成矩形。

    前述的动波壁圆筒实验装置，其中覆盖了所有波动杆的弹性蒙皮周向包覆了半个圆筒，弹性蒙皮上下侧分别固定在圆筒上。

    本发明的有益效果如下：

    1、本发明很好的模拟了运动波浪壁圆柱，可以实现运动波浪壁圆柱的实验研究。