[发明专利]一种研究锚链在循环运动下动力响应和流场特征的实验装置及方法

权利要求书

1.一种研究锚链在循环运动下动力响应和流场特征的实验装置，其特征在于，所述的实验装置包括透明的实验水槽、控制系统与电源装置、机械滑轨、PIV激光发射器、高速相机以及标定板；

所述的机械滑轨包括机械滑块、滑轨丝杆和伺服电机；所述的滑轨丝杆穿过机械滑块，所述的伺服电机用于控制滑轨丝杆转动从而带动机械滑块运动，所述的伺服电机另一端与控制系统与电源装置连接；所述的机械滑轨位于实验室水槽上方；

所述的实验水槽底部设有不锈钢固定板；

所述的机械滑块与不锈钢固定板之间连接有金属锚链；

所述的机械滑轨沿X轴、Y轴以及Z轴方向分布，且三者以互成90度的方式依次在上一个机械滑轨上搭接，组成运动形式传递结构，使得机械滑块可带动金属锚链在水平自由度、竖直自由度以及多个自由度方向上耦合运动；

所述的PIV激光发射器位于水槽侧面或底面，沿水槽侧面与底面均可发射厚度为2mm的激光束；

所述的高速相机位于水槽侧面或底面，其摆放位置与PIV激光发射器的激光发射方向成90°夹角，可透过实验水槽对实验过程进行拍摄；所述的高速相机的拍摄采样帧率最低60fps；

所述的标定板包括水平模块化标定板和竖直模块化标定板。

2.根据权利要求1所述的研究锚链循环运动下动力响应和流场特征的实验装置，其特征在于：所述的机械滑块与金属锚链之间设有顶端测力传感器，不锈钢固定板与金属锚链之间设有防水传感器。

3.一种研究锚链在循环运动下动力响应和流场特征的实验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的实验装置实现，可用于记录锚链张力变化与锚链尾部流场的变化情况，且两个实验能够同时进行。

4.根据权利要求3所述的一种研究锚链在循环运动下动力响应和流场特征的实验方法，其特征在于，所述的运动形式传递结构将循环运动传递到金属锚链上，带动金属锚链由张紧状态向松弛状态循环变化；

金属锚链上部与顶端测力传感器相连接，顶端测力传感器与运动形式传递结构刚性固定，金属锚链下部与防水测力传感器相连接，防水测力传感器与不锈钢固定板刚性固定，确保所有测力传感器测得的力准确，从而得到锚链的张力变化；

采用水平模块化标定板标定不同高度水平断面、同一高度不同位置水平断面，能够确保金属锚链循环运动下其尾部流场水平截面信息全区域的捕捉与记录；采用水平模块化标定板与竖直模块化标定板相结合的方式，能够对不同高度竖直断面、同一高度不同位置竖直断面以及同一高度不同水槽横截面宽度方向的竖直断面进行尾部流场信息的捕捉和记录。

5.根据权利要求4所述的研究锚链在循环运动下动力响应和流场特征的实验方法，其特征在于：运动形式传递结构将上部的运动形式传递给金属锚链，其方向、幅值以及周期均可根据需要模拟的浮体结构的运动形式调节：

当需要模拟浮体在某一方向上的运动时，将该方向的运动分解为X、Y、Z轴的运动，并分别通过控制X、Y、Z轴的机械滑块的运动速度及运动方向得到所需的运动形式。

6.根据权利要求5所述的研究锚链在循环运动下动力响应和流场特征的实验方法，其特征在于：测力传感器采集的数据经测力传感器放大器和数采仪输出之后，得到X、Y、Z三个轴向分力的实时输出结果。