專利名稱：模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置。
背景技術(shù)：
實際海洋環(huán)境中的立管為長細(xì)柔性結(jié)構(gòu)，在洋流的作用下會產(chǎn)生渦激振動，振動引起的結(jié)構(gòu)疲勞或可能的共振等將對海洋結(jié)構(gòu)物的安全造成極大威脅。渦激振動對于處在海洋的立管而言是自激產(chǎn)生的。由于實際尺度試驗條件的限制，目前主要通過模型試驗和數(shù)值模擬對柔性立管的渦激振動現(xiàn)象進行研究。模型試驗將柔性立管分為多段，假設(shè)每一段為剛性圓柱體，對圓柱進行強迫振蕩試驗或者自激振蕩試驗，但是帶有縮尺比的模型試驗并不能準(zhǔn)確地預(yù)報真實海況下的圓柱的動力響應(yīng)；數(shù)值模 擬手段則缺乏試驗驗證其計算結(jié)果的可靠性，且其中對流體粘性等問題的處理目前仍不完
盡
口 ο另外，在海洋結(jié)構(gòu)物中，存在著多個臨近圓柱相互干擾的情況，比如半潛平臺的四個立柱，以及張力腿平臺的眾多張力腿。由于圓柱體之間的相互影響，雙圓柱體或者多圓柱體的渦激振動的振動機理及現(xiàn)象相對于單圓柱體而言更加復(fù)雜。目前國內(nèi)外研究者對雙圓柱體的渦激振動激勵及現(xiàn)象進行了一定的研究，發(fā)現(xiàn)用理論進行準(zhǔn)確預(yù)測幾乎是不可能的，試驗才是最有效的研究方式。但是，現(xiàn)有的研究裝置普遍存在以下不足(I)傳統(tǒng)自激振蕩試驗局限于立管分段模型的實際結(jié)構(gòu)性能，只能測得具有既定結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的立管的渦激振動響應(yīng)，降低了普適性，而更換立管、彈簧、阻尼器等將消耗大量時間，拖延試驗進度；(2)只能依照設(shè)定的工況使分段模型以既定的周期強迫振動，無法測得分段模型在來流作用下真實的響應(yīng)；(3)難以模擬兩個圓柱相互干擾等特殊海況；(4)受試驗裝置尺寸限制，模型的長細(xì)比較小，尺度效應(yīng)較大。(5)由于試驗裝置的復(fù)雜性，雙圓柱體的自激振蕩試驗很少，而雙圓柱在兩個方向上的渦激振動的試驗基本上還沒有開展。(6)只能模擬單自由度方向的渦激振動，無法模擬更接近實際情況的兩個自由度上的渦激振動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，旨在結(jié)合模型試驗與數(shù)值模擬，通過力的測量和高帶寬反饋，實時數(shù)值模擬具有虛擬結(jié)構(gòu)參數(shù)的立管的運動特性，解決現(xiàn)有試驗裝置局限于模型實際結(jié)構(gòu)性能，只能進行既定周期的強迫振動，尺度效應(yīng)較大，簡而言之無法較真實地模擬立管處于實際海況中的問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明提供的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，包括第一深海立管模塊、第二深海立管模塊、第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊、第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊、第一水平滑動模塊、第二水平滑動模塊和實時控制系統(tǒng)模塊，其中，所述第一深海立管模塊兩端分別與第一端部假體模塊和第二端部假體模塊連接，所述第二深海立管模塊兩端分別與第三端部假體模塊和第四端部假體模塊連接；所述第一垂直滑動模塊分別與第一端部假體模塊和第一水平滑動模塊連接，所述第二垂直滑動模塊分別與第二端部假體模塊和第二水平滑動模塊連接，所述第三垂直滑動模塊分別與第三端部假體模塊和第一水平滑動模塊連接，所述第四垂直滑動模塊分別與第四端部假體模塊和第二水平滑動模塊連接；所述實時控制系統(tǒng)分別與第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊、第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊、第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊相連接。優(yōu)選地，所述第一深海立管模塊和第二深海立管模塊均包括兩個立管固定接頭和深海立管模型，所述兩個立管固定接頭分別連接在深海立管模型的兩端，所述第一深海立管模塊通過兩端的立管固定接頭分別與第一端部假體模塊和第二端部假體模塊相連接，所述第二深海立管模塊通過兩端的立管固定接頭分別與第三端部假體模塊和第四端部假 體模塊相連接；所述第一深海立管模塊和第二深海立管模塊均與第一水平滑動模塊垂直安裝，所述第一深海立管模塊和第二深海立管模塊均與第二平滑動模塊垂直安裝。優(yōu)選地，所述深海立管模型直徑為250毫米，其長度為2米。優(yōu)選地，所述第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊均包括假體外筒、三分力儀、三分力儀固定板、楔塊、支座、調(diào)整組件、固定板、墊板、擋流板，其中假體外筒與擋流板固定，三分力儀與三分力儀固定板相連，三分力儀固定板的一端與三分力儀連接，三分力儀固定板的另一端與楔塊固接，楔塊貫穿擋流板，并在擋流板內(nèi)側(cè)用支座與擋流板固接，擋流板另一側(cè)的楔塊與墊板連接，固定板通過墊板與楔塊固接，調(diào)整組件分別與固定板和固定模塊固接，假體外筒軸心線與擋流板平面的法線重合，三分力儀固定板中心線及三分力儀中心線均與假體外筒軸心線重合，三分力儀與楔塊側(cè)面垂直固定；第一端部假體模塊的三分力儀和第二端部假體模塊的三分力儀分別連接在第一深海立管模塊的兩端，第三端部假體模塊的三分力儀和第四端部假體模塊的三分力儀分別連接在第二深海立管模塊的兩端。優(yōu)選地，所述第二端部假體模塊與第一端部假體模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，其中，第一端部假體模塊的調(diào)整組件與第一垂直滑塊模塊固接，第二端部假體模塊的調(diào)整組件與第二垂直滑塊模塊固接；所述第三端部假體模塊與第一端部假體模塊為同向結(jié)構(gòu)；所述第四端部假體模塊與第三端部假體模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；其中，第三端部假體模塊的調(diào)整組件與第三垂直滑塊模塊固接，第四端部假體模塊的調(diào)整組件與第四垂直滑塊模塊固接。優(yōu)選地，所述第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊均包括齒條、第一動力組件、第二動力組件、第一法蘭裝置、第二法蘭裝置、第一滑架、第二滑架、第一滑架連板、第二滑架連板、第一滑動軌道和支撐架組，其中第一動力組件通過第一法蘭裝置與第一滑架相連，第一動力組件的傳動軸穿過第一滑架連接至齒條；第一滑架滑動支撐在第一滑動軌道上；第一滑架連板滑動支撐在第一滑動軌道上，與第一滑架連接；第二動力組件通過第二法蘭裝置與第二滑架相連，第二動力組件的傳動軸穿過第二滑架連接至齒條，第二滑架滑動支撐在第一滑動軌道上；第二滑架連板滑動支撐在第一滑動軌道上，與第二滑架連接；支撐架組的下端與第一滑動軌道固接；第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；第一水平滑動模塊的第一滑架和第一滑架連板均與第一垂直滑動模塊相固接，第一水平滑動模塊的第二滑架和第二滑架連板均與第三垂直滑動模塊相固接，第二水平滑動模塊的第一滑架和第一滑架連板均與第二垂直滑動模塊相固接，第二水平滑動模塊的第二滑架和第二滑架連板均與第四垂直滑動模塊相固接。優(yōu)選地，所述第一水平滑動模塊的第一滑動軌道分別與第一垂直滑動模塊和第三垂直滑動模塊垂直；所述第二水平滑動模塊的第一滑動軌道分別與第二垂直滑動模塊和第四垂直滑動模塊垂直。優(yōu)選地，所述第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊均包括第三動力組件、第三法蘭裝置、滑塊、導(dǎo)鏈、第三滑動軌道、整流罩、固定支架、加強桿，其中第三動力組件通過第三法蘭裝置與第三滑動軌道相連，第三動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過導(dǎo)鏈連接至滑塊；滑塊滑動支撐在第三滑動軌道上；第三滑動軌道垂直于第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊構(gòu)成的平面，第三滑動軌道的后側(cè)與固定支架連接， 第三滑動軌道的兩側(cè)安裝有整流罩；加強桿的一端安裝在固定支架上；第一垂直滑動模塊的滑塊與第一端部假體模塊相固接，第二垂直滑動模塊的滑塊與第二端部假體模塊相固接，第三垂直滑動模塊的滑塊與第三端部假體模塊相固接，第四垂直滑動模塊的滑塊與第四端部假體模塊相固接；第一垂直滑動模塊和第三垂直滑動模塊的加強桿的另一端均安裝在第一水平滑動模塊上，第二垂直滑動模塊和第四垂直滑動模塊的加強桿的另一端均安裝在第二水平滑動模塊上。優(yōu)選地，第三滑動軌道與第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊垂直；所述第二垂直滑動模塊與第一垂直滑動模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；第三垂直滑動模塊與第一垂直滑動模塊為同向結(jié)構(gòu)；第四垂直滑動模塊與第三垂直滑動模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊均包括三分力儀，所述第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊均包括動力組件，所述第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊均包括動力組件，所述實時控制系統(tǒng)模塊包括RTOS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理器、數(shù)值模擬運算器、運動控制器和顯示器，其中RT0S系統(tǒng)依次連接數(shù)據(jù)采集處理器、數(shù)值模擬運算器、運動控制器和顯示器；數(shù)據(jù)采集處理器的輸入端分別與所述第一端部假體模塊的三分力儀、第二端部假體模塊的三分力儀、第三端部假體模塊的三分力儀、第四端部假體模塊的三分力儀、第一垂直滑動模塊的動力組件、第二垂直滑動模塊的動力組件、第三垂直滑動模塊的動力組件、第四垂直滑動模塊的動力組件、第一水平滑動模塊的動力組件以及第二水平滑動模塊的動力組件相連接，數(shù)據(jù)采集處理器的輸出端與RTOS系統(tǒng)相連接；運動控制器的輸入端與RTOS系統(tǒng)相連接，運動控制器的輸出端與所述第一垂直滑動模塊的動力組件、第二垂直滑動模塊的動力組件、第三垂直滑動模塊的動力組件、第四垂直滑動模塊的動力組件、第一水平滑動模塊的動力組件和第二水平滑動模塊的動力組件相連接；顯示器與RTOS系統(tǒng)相連接；其中，所述運動控制器用于指揮第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊執(zhí)行水平方向上的渦激振動，并用于指揮第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊執(zhí)行垂直方向上的渦激振動。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是
本發(fā)明將模型試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合，采用實時控制系統(tǒng)，實時測量得到模型受來流的作用力、運動的速度和加速度，在反饋程序中定義圓柱體的質(zhì)量、彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)，通過求解運動方程，得到模型受力后的真實運動特性，通過控制器驅(qū)動動力裝置帶動模型進行相應(yīng)運動，實現(xiàn)力反饋循環(huán)，模擬了模型的自激振動。本發(fā)明采用的數(shù)據(jù)采集處理器，可高頻采集數(shù)據(jù)并進行實時濾波、降噪、運算等處理，保證結(jié)構(gòu)物模型運動平穩(wěn)，逼近結(jié)構(gòu)物真實運動；本發(fā)明采用的數(shù)值模擬運算器，可設(shè)定質(zhì)量、阻尼、剛度系數(shù)等結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，而不涉及到實際的物理模型，因此可以利用同一套試驗?zāi)Ｐ蛯Σ煌|(zhì)量、阻尼和彈簧剛度的組合進行更廣范圍的自激振蕩試驗，簡化了試驗操作，加快了試驗進度；試驗中通過水平滑動模塊用于模擬流和水平方向上的渦激振動，垂直滑動模塊用于模擬垂直方向上的渦激振動。本發(fā)明采用20m精密軌道配合運動控制，有利于提高控制精度。此外，本發(fā)明采用特殊的端部假體裝置制造模擬流場，而不直接影響測量裝置，解決了試驗中模型兩邊出現(xiàn)的邊界效應(yīng)問題；本發(fā)明采用的立管分段直徑可達250mm，長度可達2m，從而在水平動力組件的運動速度范圍內(nèi)，雷諾數(shù)達IO6量級，減小了尺度效應(yīng)。另外，本發(fā)明的試驗裝置中包含了兩套垂直動力組件，可以模擬雙圓柱相互干擾下的自激振蕩試驗；本發(fā)明在兩個自由 度上都可以實現(xiàn)力反饋循環(huán)模擬渦激振動，研究更真實的渦激振動特性。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖I是本發(fā)明在拖車上的安裝示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的俯視圖；圖4是本發(fā)明深海立管模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明端部假體模塊的側(cè)視圖；圖6是本發(fā)明固定模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明固定模塊的側(cè)視圖；圖8是本發(fā)明滑動模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明滑動模塊的俯視圖；圖10是本發(fā)明實時控制系統(tǒng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I為第一深海立管模塊，2為第二深海立管模塊，3為第一端部假體模塊，4為第二端部假體模塊，5為第三端部假體模塊，6為第四端部假體模塊，7為第一垂直滑動模塊，8為第二垂直滑動模塊，9為第三垂直滑動模塊，10為第四垂直滑動模塊，11為第一水平滑動模塊，12為第二水平滑動模塊，13為實時控制系統(tǒng)模塊，14為拖車，100為深海立管模型，101為立管固定接頭，300為假體外筒，301為三分力儀，302為三分力儀固定板，303為楔塊，304為支座，306為調(diào)整組件，307為固定板，308為墊板，305為擋流板，1100為齒條，1101為第一動力組件，1102為第二動力組件，1103為第一法蘭裝置，1104為第二法蘭裝置，1105為第一滑架，1106為第二滑架，1107為第一滑架連板，1108為第二滑架連板，1109為第一滑動軌道，1110為支撐架組，700為第三動力組件，701為第三法蘭裝置，702為滑塊，703為導(dǎo)鏈，704為第三滑動軌道，705為整流罩，706為固定支架，707為加強桿，1300為RTOS系統(tǒng)，1301為數(shù)據(jù)采集處理器，1302為數(shù)值模擬運算器，1303為運動控制器，1304為顯示器，401為第二端部假體模塊的三分力儀，501為第三端部假體模塊的三分力儀，601為第四端部假體模塊的三分力儀。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。根據(jù)本發(fā)明提供的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，包括第一深海立管模塊I、第二深海立管模塊2、第一端部假體模塊3、第二端部假體模塊4、第三端部假體模塊5、第四端部假體模塊6、第一垂直滑動模塊7、第二垂直滑動模塊8、第三垂直滑動模塊9、第四垂直滑動模塊10、第一水平滑動模塊11、第二水平滑動模塊12和實時控制系統(tǒng)模塊13，其中，第一深海立管模塊I兩端分別與第一端部假體模塊3和第二端部假體 模塊4連接，第二深海立管模塊2兩端分別與第三端部假體模塊5和第四端部假體模塊6連接；第一垂直滑動模塊7分別與第一端部假體模塊3和第一水平滑動模塊11連接，第二垂直滑動模塊8分別與第二端部假體模塊4和第二水平滑動模塊12連接，第三垂直滑動模塊9分別與第三端部假體模塊5和第一水平滑動模塊11連接，第四垂直滑動模塊10分別與第四端部假體模塊6和第二水平滑動模塊12連接；實時控制系統(tǒng)13設(shè)置于拖車上14，并分別與第一端部假體模塊3、第二端部假體模塊4、第三端部假體模塊5、第四端部假體6模塊、第一垂直滑動模塊7、第二垂直滑動模塊8、第三垂直滑動模塊9、第四垂直滑動模塊10、第一水平滑動模塊11和第二水平滑動模塊12相連接。優(yōu)選地，任一深海立管模塊包括兩個立管固定接頭和深海立管模型，兩個立管固定接頭分別連接在深海立管模型的兩端，任一深海立管模塊通過兩端的立管固定接頭與兩個端部假體模塊相連接；任一深海立管模塊與任一水平滑動模塊垂直安裝。優(yōu)選地，深海立管模型直徑為250毫米，其長度為2米。優(yōu)選地，任一端部假體模塊包括假體外筒、三分力儀、三分力儀固定板、楔塊、支座、調(diào)整組件、固定板、墊板、擋流板，其中假體外筒與擋流板固定，三分力儀分別與任一深海立管模塊的一端和三分力儀固定板相連，三分力儀固定板的一端與三分力儀連接，其另一端與楔塊固接，楔塊貫穿擋流板，并在擋流板內(nèi)側(cè)用支座與擋流板固接，擋流板另一側(cè)的楔塊與墊板連接，固定板通過墊板與楔塊固接，調(diào)整組件分別與固定板和固定模塊固接，假體外筒軸心線與擋流板平面的法線重合，三分力儀固定板中心線及三分力儀中心線均與假體外筒軸心線重合，三分力儀與楔塊側(cè)面垂直固定。優(yōu)選地，第二端部假體模塊4與第一端部假體模塊3成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，其中，第一端部假體模塊3的調(diào)整組件與第一垂直滑塊模塊7固接，第二端部假體模塊4的調(diào)整組件與第二垂直滑塊模塊8固接；第三端部假體模塊5與第一端部假體模塊3為同向結(jié)構(gòu)；第四端部假體模塊6與第三端部假體模塊5成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；其中，第三端部假體模塊5的調(diào)整組件與第三垂直滑塊模塊9固接，第四端部假體模塊6的調(diào)整組件與第四垂直滑塊模塊10固接。優(yōu)選地，任一水平滑動模塊包括齒條1100、第一動力組件1101、第二動力組件1102、第一法蘭裝置1103、第二法蘭裝置1104、第一滑架1105、第二滑架1106、第一滑架連板1107、第二滑架連板1108、第一滑動軌道1109和支撐架組1110，其中第一動力組件1101通過第一法蘭裝置1103與第一滑架1105相連，第一動力組件1101的傳動軸穿過第一滑架1105連接至齒條1100 ;第一滑架1105滑動支撐在第一滑動軌道1109上，并與任一垂直滑動模塊相固接；第一滑架連板1107滑動支撐在第一滑動軌道1109上，與第一滑架1105連接，并與任一垂直滑動模塊的一端固定；第二動力組件1102通過第二法蘭裝置1104與第二滑架1106相連，第二動力組件1102的傳動軸穿過第二滑架1106連接至齒條1100 ；第二滑架1106滑動支撐在第一滑動軌道1109上，并與任一垂直滑動模塊相固接，第二滑架連板1108滑動支撐在第一滑動軌道1109上，與第二滑架1106連接，并與任一垂直滑動模塊的一端固定；支撐架組1110的上端與拖車14固接，支撐架組1110的下端與第一滑動軌道1109固接。優(yōu)選地，第一水平滑動模塊11的第一滑動軌道1109平行于拖曳水池池底并分別與第一垂直滑動模塊7和第三垂直滑動模塊9垂直；第二水平滑動模塊12與第一水平滑動 模塊11成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，并分別與第二垂直滑動模塊8和第四垂直滑動模塊10垂直。優(yōu)選地，任一垂直滑塊模塊包括第三動力組件700、第三法蘭裝置701、滑塊702、導(dǎo)鏈703、第三滑動軌道704、整流罩705、固定支架706、加強桿707，其中第三動力組件700通過第三法蘭裝置701與第三滑動軌道704相連，其旋轉(zhuǎn)軸通過導(dǎo)鏈703連接至滑塊702，滑塊702滑動支撐在第三滑動軌道704上，并與任一端部假體模塊相固接；第三滑動軌道704垂直于任一水平滑動模塊，其一端與固定支架706連接，其另一端自由懸空，第三滑動軌道704的兩側(cè)安裝有整流罩705 ;加強桿707兩端分別安裝在固定支架706與任一水平滑動模塊上。優(yōu)選地，第二垂直滑動模塊8與第一垂直滑動模塊7成鏡像對稱結(jié)構(gòu),其中,第一垂直滑塊模塊7的第三滑動軌道704垂直于拖曳水池池底并與第一水平滑動模塊11垂直，第一垂直滑塊模塊7的滑塊702與第一端部假體模塊3相固接，第二垂直滑動模塊8的滑塊與第二端部假體模塊4相固接；第三垂直滑動模塊9與第一垂直滑動模塊7為同向結(jié)構(gòu)，第三垂直滑動模塊9的滑塊與第三端部假體模塊5固接；第四垂直滑動模塊10與第三垂直滑動模塊9成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，第四垂直滑動模塊10的滑塊與第四端部假體模塊6固接。優(yōu)選地，任一端部假體包括三分力儀，任一水平滑動模塊包括動力組件，實時控制系統(tǒng)模塊包括=RTOS系統(tǒng)1300、數(shù)據(jù)采集處理器1301、數(shù)值模擬運算器1302、運動控制器1303和顯示器1304，其中RT0S系統(tǒng)1300依次連接數(shù)據(jù)采集處理器1301、數(shù)值模擬運算器1302、運動控制器1303和顯示器1304 ;數(shù)據(jù)采集處理器1301的輸入端分別與第一端部假體模塊3的三分力儀、第二端部假體模塊4的三分力儀、第三端部假體模塊5的三分力儀、第四端部假體模塊6的三分力儀、第一垂直滑動模塊7的動力組件、第二垂直滑動模塊8的動力組件、第三垂直滑動模塊9的動力組件、第四垂直滑動模塊10的動力組件、第一水平滑動模塊11中的動力組件以及第二水平滑動模塊12中的動力組件相連接，其輸出端與RTOS系統(tǒng)1300相連接；數(shù)值模擬運算器1302與RTOS系統(tǒng)1300相連接；運動控制器1303的輸入端與RTOS系統(tǒng)1300相連接，輸出端與第一垂直滑動模塊7的動力組件、第二垂直滑動模塊8的動力組件、第三垂直滑動模塊9的動力組件、第四垂直滑動模塊10的動力組件、第一水平滑動模塊11的動力組件和第二水平滑動模塊12的動力組件相連接；顯示器1304與RTOS系統(tǒng)1300相連接。所述第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊的動力組件優(yōu)選地包括第三動力組件；所述第一水平滑動模塊、第二水平滑動模塊的動力組件優(yōu)選地包括第一動力組件和第二動力組件。具體為，如圖I、圖2和圖3所示，本發(fā)明提供的所述模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置包括第一深海立管模塊I、第二深海立管模塊2、第一端部假體模塊3、第二端部假體模塊4、第三端部假體模塊5、第四端部假體模塊6、第一垂直滑動模塊7、第二垂直滑動模塊8、第三垂直滑動模塊9、第四垂直滑動模塊10、第一水平滑動模塊11、第二水平滑動模塊12和實時控制系統(tǒng)模塊13，其中第一深海立管模塊I兩端分別與 第一端部假體模塊3和第二端部假體模塊4連接，第一垂直滑動模塊7分別與第一端部假體模塊3和第一水平滑動模塊11連接，第二垂直滑動模塊8分別與第二端部假體模塊4和第二水平滑動模塊12連接，第三垂直滑動模塊9分別與第三端部假體模塊5和第一水平滑動模塊11連接，第四垂直滑動模塊10分別與第四端部假體模塊6和第二水平滑動模塊12連接，第一水平滑動模塊11與拖車14 一端底部固定連接并和第一垂直滑動模塊7、第三垂直滑動模塊9連接，第二水平滑動模塊12與拖車14另一端底部固定連接并和第二垂直滑動模塊8、第四垂直滑動模塊10連接，第一水平滑動模塊11與第二水平滑動模塊平行安裝，第一深海立管模塊I、第二深海立管模塊2與水平滑動模塊垂直安裝，實時控制系統(tǒng)模塊13設(shè)置于拖車14上，分別與第一端部假體模塊3、第二端部假體模塊4、第三端部假體模塊5、第四端部假體模塊6、第一垂直滑動模塊7、第二垂直滑動模塊8、第三垂直滑動模塊9、第四垂直滑動模塊10、第一水平滑動模塊11、第二水平滑動模塊12相連接。如圖2、圖4所示，所述第一深海立管模塊I和第二深海立管模塊2均包括兩個立管固定接頭101和深海立管模型100，其中深海立管模型100直徑為250毫米，長度為2米，兩端分別與兩個立管固定接頭101連接。第一深海立管模塊I的兩個立管固定接頭分別與第一端部假體模塊3和第二端部假體模塊4連接。立管固定接頭101為固定連接，避免立管模型在實驗時發(fā)生松動。第二深海立管模塊2的兩個立管固定接頭分別與第一端部假體模塊5和第二端部假體模塊6連接。如圖2和圖5所示，所述第一端部假體模塊3包括假體外筒300、三分力儀301、三分力儀固定板302、楔塊303、支座304、調(diào)整組件306、固定板307、墊板308、擋流板305，其中假體外筒300與擋流板305固定并且假體外筒300的軸線與擋流板305的法線控制在O度，三分力儀301分別與浮筒分段模塊I中的第一固定接頭101和三分力儀固定板302相連，三分力儀固定板302 —端與三分力儀301連接，另一端與楔塊303固接，楔塊303貫穿擋流板305，并在擋流板305內(nèi)側(cè)用支座304與擋流板305固接，擋流板305另一側(cè)的楔塊303與墊板308連接，固定板307通過墊板308與楔塊303固接，調(diào)整組件306分別與固定板307和第一固定模塊7固接。第二端部假體模塊4與第一端部假體模塊3是鏡像對稱結(jié)構(gòu)。第三端部假體模塊5與第一端部假體模塊3結(jié)構(gòu)相同,第三端部假體模塊5和第三垂直滑動模塊9固接。第四端部假體模塊6與第三端部假體模塊是鏡像對稱結(jié)構(gòu)，第四端部假體模塊6的結(jié)構(gòu)與第二端部假體模塊4結(jié)構(gòu)相同，第四端部假體模塊6和第四垂直滑動模塊10固接。如圖2、圖8和圖9所示，所述第一水平滑動模塊11包括齒條1100、第一動力組件1101、第二動力組件1102、第一法蘭裝置1103、第二法蘭裝置1104、第一滑架1105、第二滑架1106、第一滑架連板1107、第二滑架連板1108、第一滑動軌道1109和支撐架組1110，其中第一動力組件1101通過第一法蘭裝置1103與第一滑架1105相連，第一動力組件1101的傳動軸穿過第一滑架1105連接至齒條1100 ;第一滑架1105滑動支撐在第一滑動軌道1109上，并與第一垂直滑動模塊7相固接；第一滑架連板1107滑動支撐在第一滑動軌道1109上，與第一滑架連接，并與第一垂直滑動模塊7的第三滑動軌道704 —端固定；第二動力組件1102通過第二法蘭裝置1104與第二滑架1106相連，第二動力組件1102的傳動軸穿過第二滑架1106連接至齒條1100 ;第二滑架1106滑動支撐在第一滑動軌道1109上，并與第三垂直滑動模塊9相固接；第二滑架連板1108滑動支撐在第一滑動軌道1109上，與第二滑架連接，并與第三固定模塊9的第三滑動軌道一端固定；支撐架組1110上端與拖車14固接，下端與第一滑動軌道1109固接，第一滑動軌道1109平行于拖曳水池池底并與第一固定模塊7、第三固定模塊9垂直；所述第二水平滑動模塊12與第一水平滑動模塊11成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。如圖2、圖6和圖7所示，所述第一垂直滑動模塊7包括第三動力組件700、第三法蘭裝置701、滑塊702、導(dǎo)鏈703、第三滑動軌道704、整流罩705、固定支架706、加強桿707， 其中第三動力組件700通過第三法蘭裝置701與第三滑動軌道704相連，其旋轉(zhuǎn)軸通過導(dǎo)鏈703連接至滑塊702，滑塊702滑動支撐在第三滑動軌道704上，并與第一端部假體模塊3的調(diào)整組件306相固接；第三滑動軌道704垂直于拖曳水池池底并與第一水平滑動模塊垂直，第三滑動軌道704的另一側(cè)與固定支架706連接，下端自由懸空，第三滑動軌道704的兩側(cè)安裝有整流罩705 ;加強桿707兩端分別安裝在固定支架706與第一水平滑動模塊11中的第一滑架連板1107上；所述第二垂直滑動模塊8與第一垂直滑動模塊7成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，第三垂直滑動模塊9與第一垂直滑動模塊7結(jié)構(gòu)相同,共同連接在第一水平滑動模塊11上。第四垂直滑動模塊10與第二垂直滑動模塊8成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，共同連接在第二水平滑動模塊12上。如圖10所示，所述實時控制系統(tǒng)模塊13包括RT0S系統(tǒng)1300、數(shù)據(jù)采集處理器1301、數(shù)值模擬運算器1302、運動控制器1303和顯示器1304。其中RT0S系統(tǒng)1300依次連接數(shù)據(jù)采集處理器1301、數(shù)值模擬運算器1302、運動控制器1303和顯示器1304 ;數(shù)據(jù)采集處理器1301的輸入端與所述第一端部假體模塊3的三分力儀301、第二端部假體模塊4的三分力儀401、第三端部假體模塊5的三分力儀501、第四端部假體模塊6的三分力儀601、第一垂直滑動模塊7的第三動力組件700、第二垂直滑動模塊8的第三動力組件、第三垂直滑動模塊9的第三動力組件、第四垂直滑動模塊10的第四動力組件、第一水平滑動模塊11的第一動力組件1101、第二動力組件1102中的編碼器以及第二水平滑動模塊12的第一動力組件、第二動力組件中的編碼器相連接，其輸出端與RTOS系統(tǒng)1300相連接；數(shù)值模擬運算器1302與RTOS系統(tǒng)1300相連接；運動控制器1303的輸入端與RTOS系統(tǒng)1300相連接，輸出端與所述第一垂直滑動模塊7的第三動力組件700、第二垂直滑動模塊8的第三動力組件、第三垂直滑動模塊9的第三動力組件、第四垂直滑動模塊10的第四動力組件、第一水平滑動模塊11的第一動力組件1101、第二動力組件1102以及第二水平滑動模塊12的第一動力組件、第二動力組件相連接；顯示器1304與RTOS系統(tǒng)1300相連接。本實施例的工作原理為
試驗開始前，在實時控制系統(tǒng)模塊13的數(shù)值模擬運算器1302中設(shè)定模擬結(jié)構(gòu)物模型性能的質(zhì)量、阻尼、剛度系數(shù)等參數(shù)。試驗時，運動控制器1303向第一水平滑動軌道11的第一動力組件1101、第二水平滑動軌道12的第一動力組件發(fā)出指令，使第一深海立管模塊I、第二深海立管模塊2、第一端部假體模塊3、第二端部假體模塊4、第三端部假體模塊5、第四端部假體模塊6、第一垂直滑動模塊7、第二垂直滑動模塊8、第三垂直滑動模塊9、第四垂直滑動模塊10以一定速度在拖曳水池中沿水平方向前行，通過在靜水中前進獲得相對速度以模擬深海立管模型100靜置于均勻來流中的情形。試驗過程中，第一端部假體模塊3及第二端部假體模塊4中的三分力儀測出深海立管模型100在均勻流中的受力，第一水平滑動模塊11的第一動力組件1101及第二水平滑動模塊12的第一動力組件的編碼器測出深海立管模型100實時運動速度，數(shù)據(jù)采集處理器1301以高頻采樣獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過實時濾波、降噪、以及作用力成分分析等，得到力參量和速度參量，并將其輸出給數(shù)值模擬運算器1302，同時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器1304顯示成可視數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬運算器1302依據(jù)數(shù)據(jù)采集處理器1301輸入的力參量和速度參量，求解運 動方程，計算得到深海立管模型100在2ms之后應(yīng)該達到的運動速度，并將其輸出給運動控制器1303生成控制指令。其中，測量分析模塊13中所有數(shù)據(jù)的傳輸均通過RTOS系統(tǒng)1300完成。此后，由運動控制器1303向第一水平滑動模塊11的第一動力組件1101及第二水平滑動模塊12的第一動力組件發(fā)出運動指令，動力組件帶動第一深海立管模塊I沿在與來流方向平行的在第一水平滑動模塊11的第一滑動軌道1109和第二水平滑動模塊12的滑動軌道上運動，并在2ms之后到達計算得到的速度，從而模擬立管的真實運動。同時，運動控制器發(fā)出的控制指令被輸出到顯示器1304上顯示。到此，根據(jù)本發(fā)明提供的所述裝置實現(xiàn)一個工作循環(huán)。此后，三分力儀等和編碼器繼續(xù)測出深海立管模型100在均勻流中的受力和真實速度，重復(fù)上述工作循環(huán)，構(gòu)成力反饋系統(tǒng)。以模擬水平方向的立管運動。對于第二深海立管模塊2，用同樣的方法構(gòu)成水平方向的力反饋系統(tǒng)，在此不再贅述。與此同時，試驗過程中，第一端部假體模塊3及第二端部假體模塊4中的三分力儀測出深海立管模型100在均勻流中的受力，第一垂直滑動模塊7的第三動力組件700及第二垂直滑動模塊8的第三動力組件的編碼器測出深海立管模型100實時運動速度，數(shù)據(jù)采集處理器1301以高頻采樣獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過實時濾波、降噪、以及作用力成分分析等，得到力參量和速度參量，并將其輸出給數(shù)值模擬運算器1302，同時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器1304顯示成可視數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬運算器1302依據(jù)數(shù)據(jù)采集處理器1301輸入的力參量和速度參量，求解運動方程，計算得到深海立管模型100在2ms之后應(yīng)該達到的運動速度，并將其輸出給運動控制器1303生成控制指令。其中，測量分析模塊13中所有數(shù)據(jù)的傳輸均通過RTOS系統(tǒng)1300完成。此后，由運動控制器1303向第一垂直滑動模塊7的第三動力組件700及第二垂直滑動模塊8的第三動力組件發(fā)出運動指令，第三動力組件帶動第一深海立管模塊I沿在垂直來流方向在第一垂直滑動模塊7的第三滑動軌道704和第二垂直滑動模塊8的滑動軌道上運動，并在2ms之后到達計算得到的速度，從而模擬立管的真實運動。同時，運動控制器發(fā)出的控制指令被輸出到顯示器1304上顯示。到此，根據(jù)本發(fā)明提供的所述裝置實現(xiàn)一個工作循環(huán)。此后，三分力儀等和編碼器繼續(xù)測出深海立管模型100在均勻流中的受力和真實速度，重復(fù)上述工作循環(huán)，構(gòu)成力反饋系統(tǒng)，以模擬垂直方向上的立管運動。
對于第二深海立管模塊2，用同樣的方法構(gòu)成垂直方向上的力反饋系統(tǒng)，在此不再贅述，以此來模擬均勻來流下兩個自由度的兩個深海立管分段模型之間的相互干擾。本發(fā)明將模型試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合，采用實時控制系統(tǒng)模塊13，實時測量得到模型受來流的作用力、運動的速度和加速度，在反饋程序中定義圓柱體的質(zhì)量、彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)，通過求解運動方程，得到模型受力后的真實運動特性，通過控制器驅(qū)動動力裝置帶動模型進行相應(yīng)運動，實現(xiàn)力反饋循環(huán)，模擬了模型的自激振動。本發(fā)明采用的數(shù)據(jù)采集處理器1301，可高頻采集數(shù)據(jù)并進行實時濾波、降噪、運算等處理，保證結(jié)構(gòu)物模型運動平穩(wěn)，逼近結(jié)構(gòu)物真實運動；本發(fā)明采用的數(shù)值模擬運算器1302，可設(shè)定質(zhì)量、阻尼、剛度系數(shù)等結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，而不涉及到實際的物理模型，因此可以利用同一套試驗?zāi)Ｐ蛯Σ煌|(zhì)量、阻尼和彈簧剛度的組合進行更廣范圍的自激振蕩試驗，簡化了試驗操作，加快了試驗進度；試驗中通過水平滑動模塊用于模擬流和水平方向上的渦激振動，垂直滑動模塊用于模 擬垂直方向上的渦激振動。本發(fā)明采用20m精密軌道配合運動控制，有利于提高控制精度。此外，本發(fā)明采用特殊的第一端部假體裝置3和第二端部假體裝置4制造模擬流場，而不直接影響測量裝置，解決了試驗中模型兩邊出現(xiàn)的邊界效應(yīng)問題；本發(fā)明采用的深海立管分段模型100直徑可達250_，長度可達2m，從而在水平動力組件的運動速度范圍內(nèi)，雷諾數(shù)達IO6量級，減小了尺度效應(yīng)。另外，本發(fā)明在兩個自由度上都可以實現(xiàn)力反饋循環(huán)模擬渦激振動，研究更真實的渦激振動特性。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，包括第一深海立管模塊、第二深海立管模塊、第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊、第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊、第一水平滑動模塊、第二水平滑動模塊和實時控制系統(tǒng)模塊，其中，所述第一深海立管模塊兩端分別與第一端部假體模塊和第二端部假體模塊連接，所述第二深海立管模塊兩端分別與第三端部假體模塊和第四端部假體模塊連接；所述第一垂直滑動模塊分別與第一端部假體模塊和第一水平滑動模塊連接，所述第二垂直滑動模塊分別與第二端部假體模塊和第二水平滑動模塊連接，所述第三垂直滑動模塊分別與第三端部假體模塊和第一水平滑動模塊連接，所述第四垂直滑動模塊分別與第四端部假體模塊和第二水平滑動模塊連接；所述實時控制系統(tǒng)分別與第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊、第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊、第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第一深海立管模塊和第二深海立管模塊均包括兩個立管固定接頭和深海立管模型，所述兩個立管固定接頭分別連接在深海立管模型的兩端，所述第一深海立管模塊通過兩端的立管固定接頭分別與第一端部假體模塊和第二端部假體模塊相連接，所述第二深海立管模塊通過兩端的立管固定接頭分別與第三端部假體模塊和第四端部假體模塊相連接；所述第一深海立管模塊和第二深海立管模塊均與第一水平滑動模塊垂直安裝，所述第一深海立管模塊和第二深海立管模塊均與第二平滑動模塊垂直安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述深海立管模型直徑為250毫米，其長度為2米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊均包括假體外筒、三分力儀、三分力儀固定板、楔塊、支座、調(diào)整組件、固定板、墊板、擋流板，其中假體外筒與擋流板固定，三分力儀與三分力儀固定板相連，三分力儀固定板的一端與三分力儀連接，三分力儀固定板的另一端與楔塊固接；楔塊貫穿擋流板，并在擋流板內(nèi)側(cè)用支座與擋流板固接，擋流板另一側(cè)的楔塊與墊板連接，固定板通過墊板與楔塊固接，調(diào)整組件分別與固定板和固定模塊固接，假體外筒軸心線與擋流板平面的法線重合，三分力儀固定板中心線及三分力儀中心線均與假體外筒軸心線重合，三分力儀與楔塊側(cè)面垂直固定；第一端部假體模塊的三分力儀和第二端部假體模塊的三分力儀分別連接在第一深海立管模塊的兩端，第三端部假體模塊的三分力儀和第四端部假體模塊的三分力儀分別連接在第二深海立管模塊的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第二端部假體模塊與第一端部假體模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)，其中，第一端部假體模塊的調(diào)整組件與第一垂直滑塊模塊固接，第二端部假體模塊的調(diào)整組件與第二垂直滑塊模塊固接；所述第三端部假體模塊與第一端部假體模塊為同向結(jié)構(gòu)；所述第四端部假體模塊與第三端部假體模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；其中，第三端部假體模塊的調(diào)整組件與第三垂直滑塊模塊固接，第四端部假體模塊的調(diào)整組件與第四垂直滑塊模塊固接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊均包括齒條、第一動力組件、第二動力組件、第一法蘭裝置、第二法蘭裝置、第一滑架、第二滑架、第一滑架連板、第二滑架連板、第一滑動軌道和支撐架組，其中第一動力組件通過第一法蘭裝置與第一滑架相連，第一動力組件的傳動軸穿過第一滑架連接至齒條；第一滑架滑動支撐在第一滑動軌道上；第一滑架連板滑動支撐在第一滑動軌道上，與第一滑架連接；第二動力組件通過第二法蘭裝置與第二滑架相連，第二動力組件的傳動軸穿過第二滑架連接至齒條，第二滑架滑動支撐在第一滑動軌道上；第二滑架連板滑動支撐在第一滑動軌道上，與第二滑架連接；支撐架組的下端與第一滑動軌道固接；第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；第一水平滑動模塊的第一滑架和第一滑架連板均與第一垂直滑動模塊相固接，第一水平滑動模塊的第二滑架和第二滑架連板均與第三垂直滑動模塊相固接，第二水平滑動模塊的第一滑架和第一滑架連板均與第二垂直滑動模塊相固接，第二水平滑動模塊的第二滑架和第二滑架連板均與第四垂直滑動模塊相固接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第一水平滑動模塊的第一滑動軌道分別與第一垂直滑動模塊和第三垂直滑動模塊垂直；所述第二水平滑動模塊的第一滑動軌道分別與第二垂直滑動模塊和第四垂直滑動模塊垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊均包括第三動力組件、第三法蘭裝置、滑塊、導(dǎo)鏈、第三滑動軌道、整流罩、固定支架、加強桿，其中第三動力組件通過第三法蘭裝置與第三滑動軌道相連，第三動力組件的旋轉(zhuǎn)軸通過導(dǎo)鏈連接至滑塊；滑塊滑動支撐在第三滑動軌道上；第三滑動軌道垂直于第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊構(gòu)成的平面，第三滑動軌道的后側(cè)與固定支架連接，第三滑動軌道的兩側(cè)安裝有整流罩；加強桿的一端安裝在固定支架上；第一垂直滑動模塊的滑塊與第一端部假體模塊相固接，第二垂直滑動模塊的滑塊與第二端部假體模塊相固接，第三垂直滑動模塊的滑塊與第三端部假體模塊相固接，第四垂直滑動模塊的滑塊與第四端部假體模塊相固接；第一垂直滑動模塊和第三垂直滑動模塊的加強桿的另一端均安裝在第一水平滑動模塊上，第二垂直滑動模塊和第四垂直滑動模塊的加強桿的另一端均安裝在第二水平滑動模塊上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，第三滑動軌道與第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊垂直；所述第二垂直滑動模塊與第一垂直滑動模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)；第三垂直滑動模塊與第一垂直滑動模塊為同向結(jié)構(gòu)；第四垂直滑動模塊與第三垂直滑動模塊成鏡像對稱結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，其特征在于，所述第一端部假體模塊、第二端部假體模塊、第三端部假體模塊、第四端部假體模塊均包括三分力儀，所述第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊均包括動力組件，所述第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊均包括動力組件，所述實時控制系統(tǒng)模塊包括=RTOS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理器、數(shù)值模擬運算器、運動控制器和顯示器，其中RT0S系統(tǒng)依次連接數(shù)據(jù)采集處理器、數(shù)值模擬運算器、運動控制器和顯示器；數(shù)據(jù)采集處理器的輸入端分別與所述第一端部假體模塊的三分力儀、第二端部假體模塊的三分力儀、第三端部假體模塊的三分力儀、第四端部假體模塊的三分力儀、第一垂直滑動模塊的動力組件、第二垂直滑動模塊的動力組件、第三垂直滑動模塊的動力組件、第四垂直滑動模塊的動力組件、第一水平滑動模塊的動力組件以及第二水平滑動模塊的動力組件相連接，數(shù)據(jù)采集處理器的輸出端與RTOS系統(tǒng)相連接；運動控制器的輸入端與RTOS系統(tǒng)相連接，運動控制器的輸出端與所述第一垂直滑動模塊的動力組件、第二垂直滑動模塊的動力組件、第三垂直滑動模塊的動力組件、第四垂直滑動模塊的動力組件、第一水平滑動模塊的動力組件和第二水平滑動模塊的動力組件相連接；顯示器與RTOS系統(tǒng)相連接；其中，所述運動控制器用于指揮第一水平滑動模塊和第二水平滑動模塊執(zhí)行水平方向 上的渦激振動，并用于指揮第一垂直滑動模塊、第二垂直滑動模塊、第三垂直滑動模塊、第四垂直滑動模塊執(zhí)行垂直方向上的渦激振動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬均勻流下兩立管模型相互干擾下雙向自激振蕩的裝置，該裝置測量得到圓柱體的速度和受力，通過求解圓柱體運動方程，得到其在水流作用下的真實運動響應(yīng)信號，再將此實際運動信號通過伺服電機施加到模型上使其運動，從而模擬了自激振蕩運動。試驗中通過水平滑動模塊用于模擬流和水平方向上的渦激振動，垂直滑動模塊用于模擬垂直方向上的渦激振動。本發(fā)明設(shè)定參數(shù)模擬模型結(jié)構(gòu)性能，取代傳統(tǒng)自激振蕩裝置中繁瑣的試驗操作，加快了試驗進度，并為模型選擇提供了很大的自由度；模擬兩立管之間相互干擾下的雙向自激振蕩的特殊工況；采用大尺度立管分段，減小尺度效應(yīng)；采用端部假體裝置，解決模型邊界效應(yīng)問題。
文檔編號G01M7/02GK102967429SQ20121043927
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者付世曉, 許玉旺, 范迪夏, 陳希恰, 位巍 申請人:上海交通大學(xué)