[发明专利]一种模拟复杂海洋环境下海底管道涡激振动的实验装置

说明书

本发明公开了一种模拟复杂海洋环境下海底管道涡激振动的实验装置，包括水槽，水槽内部底端设有假底，水槽顶端设有支撑框，支撑框底端设有支撑横板，支撑横板底部设有水平导轨，水平导轨底端设有垂直支架，垂直支架内部设有竖向滑杆，竖向滑杆底端设有L型支撑臂，L型支撑臂之间设有可调式管道。有益效果：该实验装置弥补了科研人员开展实际复杂海洋环境条件下的海底管道双自由度涡激振动特性研究的空白，可便捷地实现多种实际复杂海洋环境条件下的物理模型实验工况，既能实现双自由度涡激振动实验工况，又能通过限位器实现单自由度涡激振动实验工况，以此能便捷地分析双自由度的耦合效应，能实现管道动力响应、受力及绕流场数据的同步采集。

技术领域

本发明涉及模拟实验装置技术领域，具体来说，涉及一种模拟复杂海洋环境下海底管道涡激振动的实验装置。

背景技术

海底管道由于长期处于复杂的海洋环境中，海底本身的凹凸不平及海流的冲刷，海底管道经常出现悬空现象，而悬空段受波流等环境荷载的作用，极易引发涡激振动，进而导致管道的疲劳损坏，影响管道寿命。涡激振动引起管道疲劳破坏是影响管道安全最为常见的因素，也是广大海底管道设计者、研究者一直以来关心的重点和难点问题。

目前国内外关于海底管道涡激振动的研究成果主要集中在均匀流作用下，实际上在管道输运过程中，会遇到各种复杂环境(如地形及水深的变化)，不仅会受到水流荷载，还会受到波浪荷载比如海洋内波作用，有少量研究采用振荡流模型模拟规则波的情况，而体现实际海洋环境的非线性随机波(不规则波)作用下的海底管道涡激振动特性研究成果是空白。

现有关于海底管道涡激振动的实验研究装置，主要有2种，1种是采用拖曳法造流的方式，第2种是采用水槽造流测试单自由度(横向)涡激振动的实验装置。第1种装置仅能生成均匀流或者振荡流，不能模拟实际海洋环境条件；第2种装置忽略了顺流向涡激振动的耦合响应，而已有研究表明小质量比的管道顺流向涡激振动会对横向涡激振动产生显著影响，顺流向与横向之间的振动耦合效应不可忽视。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种模拟复杂海洋环境下海底管道涡激振动的实验装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种模拟复杂海洋环境下海底管道涡激振动的实验装置，包括水槽，所述水槽内部的底端设置有假底，所述假底与所述水槽的底端之间通过升降调节机构相配合连接，所述假底为箱式结构，所述假底内部的底端设置有布沙机构，所述假底的底端设置有透光板，所述透光板底端的中间位置设置有激光发射器，所述水槽的顶端设置有与所述水槽固定连接的支撑框，所述支撑框底端的侧边设置有若干穿插于所述支撑框的电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的顶端设置有支撑横板，所述支撑横板的底部设置有水平导轨，所述水平导轨与所述支撑横板之间通过旋转驱动调节机构相配合连接，所述水平导轨的一侧设置有支撑横梁，所述支撑横梁与所述水平导轨之间通过若干水平滑轮相配合连接，所述水平滑轮与所述支撑横梁的一端通过若干水平弹簧相配合连接，所述水平导轨底端的中间位置设置有与所述激光发射器相匹配的垂直激光位移器，所述水平导轨一侧的中间位置设置有水平激光位移器，所述水平导轨的底端设置有垂直支架，所述垂直支架的内部设置有竖向滑杆，所述竖向滑杆与所述垂直支架之间通过若干竖向滑轮相配合连接，所述竖向滑杆与所述支撑横梁之间通过若干竖向弹簧相配合连接，所述竖向滑杆的底端设置有支撑横杆，所述支撑横杆内部的两端分别均设置有电动推杆，所述电动推杆的一端设置有L型支撑臂，所述L型支撑臂之间设置有可调式管道，所述支撑横板顶端的一侧设置有控制面板，所述控制面板的顶端设置有若干控制按钮。

进一步的，所述升降调节机构是由升降连杆和电推杆构成，所述升降连杆分别与所述水槽内部的底端以及所述假底的底端相配合连接，所述电推杆为防水结构。