[发明专利]导管土壤系统的试验模拟装置

说明书

本发明提供了一种导管土壤系统的试验模拟装置，包含外部挡流模块，导管模拟模块，土壤模拟模块，底部支撑模块和测量分析模块。通过外部挡流模块将该设计内部机械与外部流场隔离，防止试验过程中导管土壤模拟装置对外部流场的扰流作用；通过调节土壤模拟模块中拉伸弹簧的刚度，可以模拟不同性质的土壤作用效果；通过安装在土壤模拟模块一侧的旋钮实现拉伸弹簧预张力的精准调节，并连接单分力仪测量预张力的大小；通过测量分析模块得到导管两端的拉力值数据。本发明结构轻便，易于拆装，试验过程中预张力调节方便，测量数据精准，能够模拟真实海洋环境中的导管土壤系统。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体的，涉及一种导管土壤系统的试验模拟装置，尤其是涉及一种模拟真实海洋环境下，导管和土壤的模拟系统。

背景技术

随着人类对海洋资源开发的日益深入，海洋工程逐步向深水推进，尤其以隔水管为代表的海洋结构物的动力响应问题重新受到人们的关注。隔水管是海洋钻井平台上用以隔离海水、支撑各种管线的部件，有着复杂的几何结构，同时每一部分都有着不同的物理参数。考虑到顶部平台的运动、背景洋流、涡激振动(VIV)以及立管与泥土的相互作用等因素，隔水管在现实的海洋环境中的动力响应特征将会非常复杂。此外，隔水管受到顶管运动所引起的大幅度凹陷弯曲，将使间歇性的涡激振动更容易被触发。

关于导管和土壤系统，已经有很多试验方面的研究，但是目前的试验装置普遍存在以下不足：(1)通常主要研究平台运动和背景洋流的影响，在试验中直接用土壤作为真实土壤的模型模拟，没有考虑缩尺比的影响；(2)没有进行对导管模型的受力测量与分析，对实际工程中导管的设计参考作用有限。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种导管土壤系统的试验模拟装置。

根据本发明提供的一种导管土壤系统的试验模拟装置，包括外部档流模块、导管模拟模块、土壤模拟模块、底部支撑模块、测量分析模块；

外部档流模块将试验模拟装置的内部与外部的流场隔离，以防止试验过程中外部流场的干扰；

导管模拟模块能够模拟导管作用；

土壤模拟模块通过调节能够模拟不同性质的土壤作用；

底部支撑模块能够支撑试验模拟装置；

测量分析模块能够测量土壤作用和导管作用，将得到的测量信号进行存储。

优选地，所述外部档流模块包括盖板、侧面档流板；

盖板的下表面与侧面档流板紧密连接，盖板与侧面档流板形成容纳空间，所述容纳空间与外部的流场隔离；

盖板上开设有第一孔，所述第一孔为导管模拟模块提供连接通道。

优选地，所述导管模拟模块包括导管、球铰；

导管从外部伸入试验模拟装置的内部，导管伸入试验模拟装置的内部的一端与球铰的一端相连接，球铰的另一端与测量分析模块的三分力仪相连接。

优选地，所述土壤模拟模块包括至少一对拉伸弹簧、竖直支架；

拉伸弹簧的一端连接导管模拟模块，拉伸弹簧的另一端通过测量分析模块的单分力仪与竖直支架连接，竖直支架的一端与外部档流模块的盖板连接，竖直支架的另一端与底部支撑模块相连，且与底部支撑模块的支撑方向平行；

竖直支架上设置有螺纹孔，所述螺纹孔能够调节拉伸弹簧的张力大小。

优选地，所述底部支撑模块包括底部支架；

底部支架上至少设置有一个第二孔，所述第二孔能够固定土壤模拟模块；

底部支架能够固定导管模拟模块。

优选地，所述测量分析模块包括三分力仪、单分力仪；