[发明专利]一种基于非线性能量阱的涡激振动抑制实验装置

说明书

本发明公开了一种基于非线性能量阱的涡激振动抑制实验装置，包括实验水槽、连接固定装置和减振装置，实验水槽的顶部设有水槽盖；所述连接固定装置包括导轨、测试件、支架和第一弹簧，所述导轨固定在实验水槽的两相对侧内壁，所述支架下端连接测试件，上端连接第一弹簧，圆柱测试件及支架沿着导轨上下滑动；所述减振装置包括不锈钢方盒、非线性弹簧和线性阻尼器，不锈钢方盒的底面向下连接第一弹簧；非线性弹簧和线性阻尼器的底部连接不锈钢方盒，顶部连接水槽盖；所述不锈钢方盒的侧面设置若干插槽，插槽内选择性地插入质量片。本发明提供的涡激振动抑制实验装置，结构简单，设计质量、刚度、阻尼多种可调参数，可有效地抑制涡激振动。

技术领域

本发明涉及一种基于非线性能量阱的涡激振动抑制实验装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术

海底管道连接着海底资源与海面平台，承担着信息交流、导液、导泥与钻探等重要工作，它是整个平台系统最薄弱的一环，一旦其发生事故，将影响到整个系统的正常运行，同时可能造成原油泄漏等重大事故。涡激振动是海底管道损伤的主要原因之一，管道在其作用下，容易造成疲劳甚至直接的结构破坏。

当前，海洋工程中管道涡激振动的抑制方法主要为被动抑制，措施有三类：通过表面突起影响分离线或分离剪切层、通过裹覆影响卷吸层还有通过近尾流稳定器阻止卷吸层的相互作用。这些方案，本质上都是根据流体力学原理，通过改变表面或者圆柱的形状，干涉和改变旋涡发生的条件和尾流流态，虽然能取得一定效果，但存在安装困难、工艺复杂、受参数影响较大等缺点。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于非线性能量阱的涡激振动抑制装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于非线性能量阱的涡激振动抑制实验装置，包括实验水槽、连接固定装置和减振装置，实验水槽的顶部设有水槽盖；

所述连接固定装置包括支架和第一弹簧，实验水槽的两个相对的侧壁分别固定有导轨，所述支架的上端连接第一弹簧，支架的下端连接测试件，支架侧面及测试件两端均与导轨嵌套连接，使测试件和支架沿着导轨上下滑动；

所述减振装置包括质量块、非线性弹簧和线性阻尼器，质量块的底面向下可拆卸地连接第一弹簧，质量块的顶面向上可拆卸地连接非线性弹簧和线性阻尼器；所述非线性弹簧和线性阻尼器的上端分别与水槽盖可拆卸地连接；所述质量块的质量可变。

进一步地，所述导轨焊接固定在实验水槽的两侧内壁，导轨两侧表面平整光滑。

进一步地，所述支架为门型支架，门型支架的两个竖杆下端连接测试件，门型支架的横杆中间位置向上连接第一弹簧，测试件的左右两端与导轨嵌套连接，支架的两个竖杆侧面与导轨嵌套连接，使测试件及支架沿着导轨上下滑动。

进一步地，所述非线性弹簧设有两个，分别设置在线性阻尼器的两侧。

进一步地，所述质量块与第一弹簧之间、质量块与非线性弹簧之间、质量块与线性阻尼器之间、水槽盖与非线性弹簧之间，水槽盖与线性阻尼器之间均通过U型弯钩连接。

进一步地，所述质量块为不锈钢材质的方形盒体，盒体侧面设置若干插槽，插槽内插入质量片。

进一步地，所述质量片为钢片，各质量片的质量不同。

进一步地，所述第一弹簧为高强度钢弹簧。

有益效果：本发明提供的一种基于非线性能量阱的涡激振动抑制实验装置，结构简单，使用方便，通过设置可拆卸更换的非线性弹簧、质量片等，对减振装置中的质量、刚度、阻尼等参数进行调节，研究各参数对涡激振动的影响规律，可用于开展非线性能量阱吸振结构的参数最优化实验研究，进而有效地抑制涡激振动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；