[发明专利]一种模拟随机波浪作用下液体晃荡的装置及其造波方法

权利要求书

1.一种模拟随机波浪作用下液体晃荡的装置，其特征在于：包括计算机、数据采集模块、不规则波造波模块、连接杆、基座、固定在基座上的运动机构、台面、液舱和粒子成像测速仪系统，液舱和粒子成像测速仪系统固定在台面上且粒子成像测速仪系统正对液舱的正面，所述的计算机直接与不规则波造波模块连接，所述不规则波造波模块与台面通过连接杆连接，台面在运动机构上平稳平移；所述装置还包括数字压力传感器、应变传感器、浪高仪、位移传感器和加速度传感器，数字压力传感器和应变传感器分别嵌入液舱内壁，浪高仪安装在液舱内部，位移传感器的一端和加速度传感器分别安装在台面上，位移传感器的另一端固定在基座上；所述数字压力传感器、应变传感器、浪高仪、位移传感器和加速度传感器分别通过数据采集模块与计算机连接。

2.如权利要求1所述的一种模拟随机波浪作用下液体晃荡的装置，其特征在于：所述不规则波造波模块包括控制端口、运动控制卡、复位控制器、伺服控制驱动器、伺服电机和机械构件，所述控制端口的输入端连接计算机，控制端口的输出端连接运动控制卡的输入端，运动控制卡的输出端分别连接复位控制器和伺服控制驱动器的输入端，伺服控制驱动器控制伺服电机的启动与停止，复位控制器通过伺服电机实时监控机械构件的移动位置，机械构件与前述连接杆连接。

3.如权利要求1所述的一种模拟随机波浪作用下液体晃荡的装置，其特征在于：基座还包括L型固定杆，该L型固定杆包括横杆与竖杆，所述横杆的一端与竖杆的一端连接，横杆另一端固定于基座靠近位移传感器的一端，使得位移传感器的另一端抵靠并固定于L型固定杆的竖杆上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的一种模拟随机波浪作用下液体晃荡的装置，其特征在于：所述运动机构包括水平导轨和两个滑块，水平导轨固定安装在基座上，且水平导轨两端设有防止滑块脱离水平导轨的固定卡，所述滑块嵌入水平导轨内，滑块顶部与台面固定连接，两个滑块将台面长度平均分成三等分。

5.一种模拟随机波浪作用下液体晃荡的装置的造波方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：给定模拟随机波浪运动的时间t、有效波高H_s和峰值周期T_p；已知Bretschneider谱s_η(ω)的表达式如下：

sη(ω)=5Hs216ωp(ωpω)5exp[-54(ωpω)4];]]>

其中，峰值频率ω为圆频率；

由此得到由N_ω个单色波叠加组成的波面高程η(t)的表达式：

这里ω_i和分别为第i个单色波的固有频率和相位，N_ω为所有单色波的个数，A_i为第i个单色波的幅度，由下式得

Ai=2Sη(ω)Δω,]]>

这里采用等分频率法，取[ω_L,ω_H]为Bretschneider谱的频谱范围，第i个单色波的相位取值为[0,2π]；频谱的高低频侧各略去总能量的μ部分，这里μ＝0.002，则ω_L和ω_H由下式确定：

ωL=1.05TP(-1605.3lnμ)1/4,]]>ωH=1.05TP(-1605.3ln(1-μ))1/4;]]>

步骤二：依据线性造波理论，台面的水平速度由下式获得：

其中，S_η(ω_i)是对应Bretschneider谱中第i个单色波的固有频率ω_i的能谱密度值，ω_i＝ω_L+(i-1)Δω(i为整数且1≤i≤N_ω)；

因此，台面的水平运动速度表示为：

最终在上述水平速度的激励下，液舱内液体随台面的运动而受迫晃动。