[发明专利]模拟均匀流下两立管模型相互干扰下双向自激振荡的装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体是一种模拟均匀流下两立管模型相互干扰下双向自激振荡的装置。

背景技术

实际海洋环境中的立管为长细柔性结构，在洋流的作用下会产生涡激振动，振动引起的结构疲劳或可能的共振等将对海洋结构物的安全造成极大威胁。

涡激振动对于处在海洋的立管而言是自激产生的。由于实际尺度试验条件的限制，目前主要通过模型试验和数值模拟对柔性立管的涡激振动现象进行研究。模型试验将柔性立管分为多段，假设每一段为刚性圆柱体，对圆柱进行强迫振荡试验或者自激振荡试验，但是带有缩尺比的模型试验并不能准确地预报真实海况下的圆柱的动力响应；数值模拟手段则缺乏试验验证其计算结果的可靠性，且其中对流体粘性等问题的处理目前仍不完善。

另外，在海洋结构物中，存在着多个临近圆柱相互干扰的情况，比如半潜平台的四个立柱，以及张力腿平台的众多张力腿。由于圆柱体之间的相互影响，双圆柱体或者多圆柱体的涡激振动的振动机理及现象相对于单圆柱体而言更加复杂。目前国内外研究者对双圆柱体的涡激振动激励及现象进行了一定的研究，发现用理论进行准确预测几乎是不可能的，试验才是最有效的研究方式。

但是，现有的研究装置普遍存在以下不足：  （1）传统自激振荡试验局限于立管分段模型的实际结构性能，只能测得具有既定结构性能参数的立管的涡激振动响应，降低了普适性，而更换立管、弹簧、阻尼器等将消耗大量时间，拖延试验进度；  （2）只能依照设定的工况使分段模型以既定的周期强迫振动，无法测得分段模型在来流作用下真实的响应；  （3）难以模拟两个圆柱相互干扰等特殊海况；  （4）受试验装置尺寸限制，模型的长细比较小，尺度效应较大。（5）  由于试验装置的复杂性，双圆柱体的自激振荡试验很少，而双圆柱在两个方向上的涡激振动的试验基本上还没有开展。  （6）只能模拟单自由度方向的涡激振动，无法模拟更接近实际情况的两个自由度上的涡激振动。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种模拟均匀流下两立管模型相互干扰下双向自激振荡的装置，旨在结合模型试验与数值模拟，通过力的测量和高带宽反馈，实时数值模拟具有虚拟结构参数的立管的运动特性，解决现有试验装置局限于模型实际结构性能，只能进行既定周期的强迫振动，尺度效应较大，简而言之无法较真实地模拟立管处于实际海况中的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明提供的模拟均匀流下两立管模型相互干扰下双向自激振荡的装置，其特征在于，包括第一深海立管模块、第二深海立管模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第三端部假体模块、第四端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第三垂直滑动模块、第四垂直滑动模块、第一水平滑动模块、第二水平滑动模块和实时控制系统模块，其中，所述第一深海立管模块两端分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接，所述第二深海立管模块两端分别与第三端部假体模块和第四端部假体模块连接；所述第一垂直滑动模块分别与第一端部假体模块和第一水平滑动模块连接，所述第二垂直滑动模块分别与第二端部假体模块和第二水平滑动模块连接，所述第三垂直滑动模块分别与第三端部假体模块和第一水平滑动模块连接，所述第四垂直滑动模块分别与第四端部假体模块和第二水平滑动模块连接；所述实时控制系统分别与第一端部假体模块、第二端部假体模块、第三端部假体模块、第四端部假体模块、第一垂直滑动模块、第二垂直滑动模块、第三垂直滑动模块、第四垂直滑动模块、第一水平滑动模块和第二水平滑动模块相连接。

优选地，所述第一深海立管模块和第二深海立管模块均包括：两个立管固定接头和深海立管模型，所述两个立管固定接头分别连接在深海立管模型的两端，所述第一深海立管模块通过两端的立管固定接头分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块相连接，所述第二深海立管模块通过两端的立管固定接头分别与第三端部假体模块和第四端部假体模块相连接；所述第一深海立管模块和第二深海立管模块均与第一水平滑动模块垂直安装，所述第一深海立管模块和第二深海立管模块均与第二平滑动模块垂直安装。

优选地，所述深海立管模型直径为250毫米，其长度为2米。