[发明专利]悬浮管体激励试验的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种悬浮管体激励试验的试验装置及试验方法，试验装置包括悬浮管体模型以及位于模型一侧的敲击装置；模型包括第一结构件和第三结构件，第一结构件用于提供模型的抗弯刚度，第三结构件套设于第一结构件上，用于提供模型的外形；敲击装置包括支架，支架上设有导轨以及能够沿着导轨滑动的冲击锤，冲击锤与导轨之间还连接有弹性件；还包括有测量装置，测量装置能够对敲击时间、敲击荷载和管体位移姿态参数进行测量；试验方法包括制作悬浮管体模型；安装悬浮管体模型；安装敲击装置；布置各种测量装置；注水至试验水深；利用定位销将冲击锤固定至指定位置；松开定位销，冲击锤敲击模型；采集敲击过程中测量装置的测量值，并进行分析。

技术领域

本发明涉及物理模型试验技术领域，特别涉及一种悬浮管体激励试验的试验装置及试验方法。

背景技术

准确测定水中悬浮管体的自振频率和阻尼对研究其运动机理有重要意义，现有的激励试验大多仅局限于数值模拟，少数为物理模型试验，物理模型试验采用的方法包括敲击法、共振法和脉动法，共振法需要较为庞大的起振机设备，运输不方便；而脉动法对仪器的灵敏度有较高的要求，需大量的样本数据，采集时间一般不少于15分钟，跨径较大，所需时间较长，虽对识别自振频率较为有效，但对阻尼比的直接识别效果较差。敲击法与其他方法相比，对环境噪声的包容度较高，试验过程不容易受影响，操作相对简便。

但采用敲击法进行物理模型试验，也存在试验精度不高的问题，主要体现在：

(1)选用的悬浮管体模型不能准确反映原型的弹性，大多仅采用一个较短的模型进行模拟，在模型误差较大的情况下进行激励试验，不能真实反映悬浮管体整体的运动参数；

(2)现有敲击装置在敲击完成后不能和模型快速分离，严重干扰了试验结果；

(3)现有敲击装置不能得到冲击荷载数值大小、冲击时间等关键数据，无法建立冲击荷载和模型运动参数之间的关系。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种悬浮管体激励试验的试验装置及试验方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种悬浮管体激励试验的试验装置，包括悬浮管体模型以及位于所述模型一侧的敲击装置；

所述模型包括第一结构件和第三结构件，所述第一结构件用于提供模型的抗弯刚度，所述第三结构件套设于所述第一结构件上，所述第三结构件用于提供模型的外形；

所述敲击装置包括支架，所述支架上设有导轨以及能够沿着所述导轨滑动的冲击锤，所述冲击锤与所述导轨之间还连接有弹性件；

还包括有测量装置，所述测量装置能够对敲击时间、敲击荷载和管体位移姿态参数进行测量。

本发明所述的悬浮管体激励试验的试验装置，在悬浮管体模型的制作上，同时考虑了几何相似、质量相似和刚度相似，更加符合悬浮管体的实际情况，从而有助于得到更加准确的试验结果，真实反映悬浮管体整体的运动参数，且通过不同的结构件来满足不同的相似准则，既能够降低对模型材料的要求，又便于对模型的各种相似性进行分别调节，从而有助于降低设计难度；通过设置导轨和冲击锤，可以实现沿着既定路线的多次重复试验，满足试验的定量和可重复性；通过设置弹性件，可以在完成敲击之后，快速将冲击锤和模型分离，减小冲击锤对试验结果的影响；最后通过设置测量装置，可以对冲击荷载、冲击时间进行准确测量，可以建立冲击荷载和模型运动参数之间的关系。

第一结构件用于提供悬浮管体模型的刚度，即：第一结构件的刚度与悬浮管体模型整体刚度之比达到了预设的范围，使得可以认为悬浮管体模型整体刚度基本由第一结构件提供。具体的，可以使第一结构件的刚度与悬浮管体模型整体的刚度之比不低于95％。