[发明专利]一种水中悬浮管体水下撞击试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种水中悬浮管体水下撞击试验装置及试验方法，试验装置包括水中悬浮管体模型以及位于管体模型一侧的支架，支架上安装有撞击物；管体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，三结构件套设于第一结构件上，用于提供模型的外形；支架上安装有滑道和驱动装置，撞击物可沿着滑道滑动，驱动装置与撞击物相连接，用于控制撞击物的撞击速度；还包括有测量装置，测量装置能够对撞击时间、撞击力、应变、管体位移姿态、加速度进行测量；试验方法包括：安装水中悬浮管体模型；安装支架，布置滑道、撞击物和驱动装置；布置各种测量装置；注水至试验水深；驱动撞击物以指定速度撞击管体模型；采集测量装置的测量值。

技术领域

本发明涉及水中悬浮管体物理模型试验技术领域，特别涉及一种水中悬浮管体水下撞击试验装置及试验方法。

背景技术

水中悬浮管体(如水中悬浮隧道)作为一种新型的穿越水域的交通形式，通过结构的自重、浮力和锚固系统的共同作用，维持在水中的平衡和稳定。由于水中悬浮管体安装在一定水深处，在运营期间可能会受到潜艇、海洋生物等撞击，进而产生悬浮管体局部结构失效的风险。因此，需要对水中悬浮管体进行水下撞击试验，以研究水中悬浮管体受到撞击时的响应规律，为工程建设防撞设计提供参考。

现有的撞击试验，大多仅局限于数值模拟，即使进行物理模型试验，也大多是将整个水中悬浮管体考虑为刚体结构，未考虑水中悬浮管体的弹性以及在不同位置处的扰度变形，不能真实反映水中悬浮管体受到撞击时的响应规律；同时，现有的撞击试验，大多不能实现对撞击力、撞击时间的精确输入，无法精确记录和控制试验参数。

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，提供一种水中悬浮管体水下撞击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：

一种水中悬浮管体水下撞击试验装置，包括水中悬浮管体模型以及位于所述管体模型一侧的支架，所述支架上安装有撞击物；所述管体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；所述支架上安装有滑道和驱动装置，所述撞击物可沿着所述滑道滑动，所述驱动装置与所述撞击物相连接，用于控制所述撞击物的撞击速度；还包括有测量装置，所述测量装置能够对撞击时间、撞击力、应变、管体位移姿态和加速度参数进行测量。

本发明所述的水中悬浮管体水下撞击试验装置，在管体模型的制作上，同时考虑了几何相似、质量相似和刚度相似，更加符合水中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，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；通过驱动装置对撞击物的撞击速度进行控制，实现了定能量撞击；通过滑道对撞击物的撞击过程进行控制，实现了撞击过程的可重复性；通过测量装置对各种试验参数进行测量，实现了试验参数的精确记录和控制，能真实反映水中悬浮管体受到撞击时的响应规律。所述水中悬浮管体包括悬浮隧道。

第一结构件用于提供水中悬浮管体模型的刚度，即：第一结构件的刚度与管体模型整体刚度之比达到了预设的范围，使得可以认为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管体模型整体的刚度之比不低于95％。

第三结构件用于提供水中悬浮管体模型的外形，即：水中悬浮管体模型的最大尺寸由第三结构件决定；或，在实验时，会对水中悬浮管体的变形产生影响的模型受水流载荷部分的最大尺寸由第三结构件决定。