[发明专利]一种考虑内流场及其压力影响的水下壳体模态试验装置

说明书

本发明提供一种考虑内流场及其压力影响的水下壳体模态试验装置，包括：试验体，包括贴在外表面的应变片，和通过线缆与应变片连接的数字采集仪；压力箱，为顶部开口内部盛装有水的容器，开口处设置有横梁；弹簧拉杆，将试验体悬挂在压力箱内；激振装置，包括非接触式电磁激振装置，高压供水装置，包括两端分别与水源和试验体连接的供水管和高压泵。本发明能够模拟内部流场及其压力作用，并在此基础上对试验体进行模态试验。非接触式激振装置可以有效避免常规模态测试中激振器附加质量和附加刚度对结构动特性的影响以及锤击法引起的连击和应力集中等现象，使试验结构更加精准。

技术领域

本发明涉及水下结构振动测试领域，特别是涉及一种考虑内流场及其压力影响的水下壳体模态试验装置。

背景技术

空心壳体结构是典型的工程构件，相比于大多数实体结构，壳体结构在保证一定强度和刚度的前提下具有更轻的重量，因而被广泛应用在水下航行器、平台浮箱和水下管道等海洋工程结构物的设计建造中。

实际工程中，外部流体对水下壳体振动的影响是不可忽视的，在水压力和流场介质的耦合作用下，水下壳体受到激励发生振动时会引起其周围流体介质的振动，而外部流场的变化又影响壳体的振动特性，造成水下壳体振动问题的复杂性。

目前水下管道结构因振动变形而引发的结构破坏和石油泄露问题已经成为威胁水下管道正常作业的重要因素，这类结构出于流动保障的需要内部流体存在高压，还需考虑内部流体及其高压对结构振动的影响。因此，对考虑内流场压力影响的水下壳体进行模态试验分析具有十分重要的实际意义。

现今国内外有关壳体模态分析试验研究存在的不足之处主要有：

1.现有水下壳体模态试验装置主要考虑外流场影响，而同时考虑内、外流场影响的较少，涉及内压的试验更是罕有研究；

2.现有模态试验多借助位移传感器或加速度传感器获取应变数据，这两类传感器具有一定质量和形状，且需水密处理，容易影响外部流场和结构的振动模态。

3.现有模态试验多采用力锤或激振器激发试件振动，力锤激励容易出现双击、振型不连续等现象，而激振器激励则会给试件增加附加刚度和附加质量，两种激振方式都会影响原试件的振动特性和测试结果。

针对以上不足，本发明提供一种同时考虑内外流场影响并基于应变模态分析的水下壳体模态试验装置，用于研究水下壳体的模态振动特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑内流场及其压力影响的水下壳体模态试验装置。

具体地，本发明提供.一种考虑内流场及其压力影响的水下壳体模态试验装置，包括：

压力箱，为顶部开口内部盛装有水的容器，在开口处设置有横梁；

试验体，为实际深海管道截取段且两端密封制成，在外表面贴有应变片，应变片通过线缆与数字采集仪连接；

弹簧拉杆，设置有两根，一端分别与横梁连接，另一端分别与试验体的两端连接，以将试验体悬挂在压力箱内；

激振装置，安装在压力箱内，包括与压力箱底部固定连接的底座，固定在底座上表面的调节支架，安装在调节支架顶端且开口向上的U形固定架，在固定架的U形侧边顶部分别安装有异形磁极相对的两个永磁体，以及安装在固定架底部中间处且外表面缠绕有线圈的涡流感应头，试验体位于两个永磁体之间且底部靠近涡流感应头；

高压供水装置，用于向试验体内注入高压水，包括两端分别与水源和试验体连接的供水管，和为供水管加压的高压泵。