專利名稱：實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的裝置，具體是一種實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型。
背景技術：
根據流體力學知識，將柱狀結構物置于一定速度的來流當中，其兩側會發生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關聯，柱體會受到橫向和流向的脈動壓力。如果此時柱體是彈性支撐的，那么脈動流體力會引發柱體的振動，柱體的振動反過來又會改變其尾流結構。 這種流體結構物相互作用的問題稱為渦激振動。例如在海流的作用下，懸置于海中的海洋平臺立管、拖纜、海底管線、spar平臺的浮筒、系泊纜索等柔性管件上會出現渦激振動現象， 將會導致柔性管件的疲勞破壞。目前為止，對柔性管件渦激振動現象的研究最重要的方法之一就是模型試驗方法。試驗中為了模擬接近于自然界中的真實立管的渦激振動現象，保證測試數據的可靠性和實用性，必須采用先進工藝制作的立管模型。經過對現有技術文獻的檢索發現，目前的渦激振動立管模型一般采用玻璃鋼材料或金屬材料制作，測量立管模型運動一般用加速度計，測量渦激振動產生的應變一般采用電阻應變片。在2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》雜志中的論文 "Experiment investigation of vortex-induced vibration of Long risers，，(細長立管渦激振動響應的實驗研究)是關于柔性管件渦激振動實驗研究的，文中提到了一種柔性管件渦激振動模型，該立管模型外徑為27mm，采用玻璃鋼材料制作，用布置在立管表面的加速度傳感器來測量立管的運動，在立管壁上布置光柵測量立管的應變量。經分析，該立管模型制作技術的不足之處在于1.立管模型的直徑很小，難以有效的進行實雷諾數下的渦激振動測試，尺度效應明顯。2.玻璃鋼具有各向異性的特性，并不適于使用光纖光柵傳感器。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，該結構能夠能承受較高流速、能激發高階模態渦激振動且測量數據真實可靠。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括光纖光柵傳感組件、連接管、熱縮管、若干個擴徑管和光滑管，其中光纖光柵傳感組件與連接管的表面連接，熱縮管包裹在連接管外，若干個擴徑管套接在熱縮管外且依次串聯連接，光滑管包裹在擴徑管外。所述的光纖光柵傳感組件由四根防水封裝的光纖串組成，每根光纖串沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接。所述的光纖串包括若干個光柵應變片和連接光纖，其中若干個光柵應變片均勻分布于連接光纖上且光柵應變片與立管管口不接觸。所述的熱縮管的內徑與連接管的外徑相同，熱縮管的外徑與擴徑管的內徑相同。所述的擴徑管由兩個中空半圓柱體套管組成，該套管的兩個剖面分別設有凹槽和凸緣且凹槽和凸緣的形狀相適配。兩個半圓柱體套管通過凹槽和凸緣扣在一起組成擴徑管。該擴徑管增大了立管模型外徑，使立管模型外徑接近實際立管外徑。
所述的擴徑管的外徑與光滑管的內徑相同。本發明的外徑與實際立管接近，能夠進行實雷諾數下的渦激振動測試，避免尺度效應。本發明采用擴徑管增大立管模型外徑，僅貢獻很小的的剛度，因此能夠激發出較高模態的渦激振動。本發明的連接管能夠提供較強的剛度，因此能夠承受較高的流速。本發明由于光纖光柵應變傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗干擾的特點，同根光纖上能夠制作多個光纖光柵應變傳感器，光纖光柵應變傳感器粘貼在立管模型表面幾乎不改變立管特性，因此測得的應變數據真實可靠。
圖1(a)本發明的側視圖。圖1(b)本發明的主視圖。圖2為本發明的立體圖。圖3為光纖光柵傳感組件結構示意圖。圖4為擴徑管的套管結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例如圖1和圖2所示，本實施例包括光纖光柵傳感組件1、連接管2、熱縮管3、若干個擴徑管4和光滑管5，其中光纖光柵傳感組件1與連接管2的表面連接，熱縮管3包裹在連接有光纖光柵傳感組件1的連接管2外，若干個擴徑管4套接在熱縮管3外且依次串聯連接，光滑管5包裹在若干個擴徑管4外。如圖3所示，所述的光纖光柵傳感組件1由四根光纖串6組成，每根光纖串6沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接，光纖串6采用防水封裝方法封裝。所述的光纖串6包括若干個光柵應變片7和連接光纖8，其中若干個光柵應變片7均勻分布于連接光纖8上且光柵應變片7與立管管口不接觸。所述的光柵應變片8采用表面安裝式應變計。所述的連接管2的材料采用合金材料。所述的熱縮管3的內徑與連接管2的外徑相同，熱縮管3的外徑與擴徑管4的內徑相同，該熱縮管3的材料采用聚乙烯。如圖4所示，所述的擴徑管4由兩個中空半圓柱體套管組成，該套管的兩個剖面分別設有凹槽10和凸緣11且凹槽10和凸緣11的形狀相適配。兩個半圓柱體套管通過凹槽 10和凸緣11扣在一起組成擴徑管4。所述的擴徑管4的外徑與光滑管5的內徑相同。該擴徑管4增大了立管模型外徑，使立管模型外徑接近實際立管外徑。所述的擴徑管4的材料采用精對苯二甲酸。
如圖1和圖2所示，所述的光滑管的外徑等于實際立管的直徑，該光滑管5的材料采用天然橡膠。本發明的外徑與實際立管接近，能夠進行實雷諾數下的渦激振動測試，避免尺度效應。本發明采用擴徑管4增大立管模型外徑，僅貢獻很小的的剛度，因此能夠激發出較高模態的渦激振動。本發明的連接管2能夠提供較強的剛度，因此能夠承受較高的流速。本發明由于光柵應變片7具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗干擾的特點，同根光纖上能夠制作多個光柵應變片7，光柵應變片7粘貼在立管模型表面幾乎不改變立管特性，因此測得的應變數據真實可靠。
權利要求
1.一種實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，其特征在于，包括光纖光柵傳感組件、 連接管、熱縮管、若干個擴徑管和光滑管，其中光纖光柵傳感組件與連接管的表面連接，熱縮管包裹在連接管外，若干個擴徑管套接在熱縮管外且依次串聯連接，光滑管包裹在擴徑管外。
2.根據權利要求1所述的實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，其特征是，所述的光纖光柵傳感組件由四根防水封裝的光纖串組成，每根光纖串沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接。
3.根據權利要求2所述的實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，其特征是，所述的光纖串包括若干個光柵應變片和連接光纖，其中若干個光柵應變片均勻分布于連接光纖上且光柵應變片與立管管口不接觸。
4.根據權利要求1所述的實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，其特征是，所述的熱縮管的內徑與連接管的外徑相同，熱縮管的外徑與擴徑管的內徑相同。
5.根據權利要求1所述的實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，其特征是，所述的擴徑管由兩個中空半圓柱體套管組成，該套管的兩個剖面分別設有凹槽和凸緣且凹槽和凸緣的形狀相適配。
6.根據權利要求1所述的實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，其特征是，所述的擴徑管的外徑與光滑管的內徑相同。
全文摘要
一種海洋工程技術領域的實雷諾數渦激振動試驗柔性立管模型，光纖光柵傳感組件、連接管、熱縮管、若干個擴徑管和光滑管，其中光纖光柵傳感組件與連接管的表面連接，熱縮管包裹在連接管外，若干個擴徑管套接在熱縮管外且依次串聯連接，光滑管包裹在擴徑管外。本發明能夠能承受較高流速、能激發高階模態渦激振動且測量數據真實可靠。
文檔編號G01M7/02GK102323023SQ201110143648
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者付世曉, 周青, 李曼, 李鯉 申請人:上海交通大學