[发明专利]一种薄壳流固耦合振动检测系统及其控制方法

权利要求书

1.一种薄壳流固耦合振动检测系统，其特征在于：所述薄壳流固耦合振动检测系统实现薄壳在流体冲击下的流固耦合振动信号检测，由机械动力子系统、流体控制子系统与振动检测分析子系统组成；

所述机械动力子系统用于装置物理实体的支撑框架与流体的容纳，以及驱动扰动执行机构使流体产生一定的初始扰动，进而产生流体冲击；所述机械动力子系统包括实体支撑模块、流体容器模块和初始扰动模块；

所述流体控制子系统用于实现薄壳流固耦合振动检测过程中的流体输送、循环、流量控制和溢流控制，所述流体控制子系统包括流体循环模块、流量控制模块和流体溢流模块；

所述振动检测分析子系统用于实现流体冲击条件下的薄壳流固耦合振动数据的采集、转换和处理，所述振动检测分析子系统包括信号采集模块、A/D转换模块与数据处理模块；

所述初始扰动模块包含工业PC机、电机驱动模块、步进电机、弹性联轴器以及扰动执行机构；所述的工业PC机向用户提供操作面板接口，向电机驱动模块发送脉冲控制信息，实现对步进电机转速与运行时长的控制；所述的电机驱动模块主体为脉宽调制信号发生器，接收由工业PC机发出的控制指令，然后根据实验配置参数，通过控制脉冲的个数来控制角位移量；电机驱动模块通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到对扰动执行机构的调速与定位；所述的步进电机在电机驱动模块的控制下，通过弹性联轴器，将动力传递至扰动执行机构；所述的扰动执行机构为T型搅拌叶片，在步进电机的驱动下，使容纳容器内的流体产生初始流场扰动。

2.如权利要求1所述的薄壳流固耦合振动检测系统，其特征在于：所述实体支撑模块由4040铝合金型材与配对的角件搭建而成；所述4040铝合金型材是支撑架，相互之间由角件相连接而成，通过T型螺栓、法兰螺母紧固安装在对应的角件上，实现对实验平台各个功能模块的固定和连接。

3.如权利要求1所述的薄壳流固耦合振动检测系统，其特征在于：所述流体容器模块由双圆筒组合容器、排流管、溶池容器组成；所述的双圆筒组合容器由透明的PET材料制作而成，通过粘合连接方式固定在实体支撑模块上；双圆筒组合容器包含流体容纳容器与管壳容器，流体容纳容器用以容纳产生运动的流体，表面标有容积刻度，以便于观察容器中流体的容积变化情况；管壳容器通过粘接方式与流体容纳容器相连；管壳容器通过管螺纹与排流管连接；排流管一端与管壳容器相连，另一端伸入溶池容器内；所述的溶池容器聚氯乙烯硬质材料制成，位于排流口的正下方，主要用来接纳从管壳容器中排出的流体。

4.如权利要求1～3之一所述的薄壳流固耦合振动检测系统，其特征在于：所述流体循环模块包括小功率水泵、橡胶软管和塑料水龙头，所述的小功率水泵放置于溶池容器底部，并通过橡胶软管将流体重新循环排入双圆筒组合容器中，实现流体的循环利用；所述的橡胶软管用捆绑的方式固定于实体支撑模块上，用于连接小功率水泵和塑料水龙头，作为流体的运输管道；所述的塑料水龙头安装于容纳容器的上方，用来控制循环水流的开关以及流量。

5.如权利要求1～3之一所述的薄壳流固耦合振动检测系统，其特征在于：所述流量控制模块由多级截流装置和排流盖组成；所述的多级截流装置由PLA材料3D打印而成，用来实现流体排出过程的流量精确分级调控；多级截流装置的上接口为圆形，用管螺纹的方式与管壳容器下端相连；多级截流装置的下接口通过管螺纹与排流盖相连，排流盖实现排流口的封闭。

6.如权利要求1～3之一所述的薄壳流固耦合振动检测系统，其特征在于：所述的流体溢流模块由溢流孔和橡胶软管组成；所述的溢流孔位于流体容纳容器壁面上，当水位线到达此处时，流体将从溢流孔流出；所述的橡胶软管用粘接方式固定在溢流孔口，作为从溢流孔流出流体的管道，将溢出流体引流至溶池容器中。