一種實際海洋環境中海洋結構波流載荷實驗測量裝置的制作方法

本發明屬于海洋資源開發技術領域，特別涉及一種實際海洋環境中海洋結構波流載荷實驗測量裝置。

背景技術：

目前，公知的自升式海洋結構波流載荷實驗數據測量裝置主要有兩種，一種是使用三維力傳感器測量，使用三維力傳感器測量的裝置，需要先將測力傳感器固定在波流水槽底部，再將物模與傳感器連接。另一種是使用測力桿測量，是將物理模型與測力桿進行剛性連接，再將應變片貼在測力桿固定距離的兩點處，通過測量兩點處的應變，計算出測力桿所受的彎矩，從而推導出物模的波流載荷。研究水動力系數的影響規律，為不同規格的自升式海洋平臺的優化設計提供數據支撐，具有重要的理論意義和工程應用價值。上述測量裝置中，將三維力傳感器固定在底部，當更換物模時，首先需要放掉水槽內的水，然后再更換物模，存在費力費時的問題。使用測力桿，會因應變片的精度及粘貼方式而存在較大的誤差。而且上述測量裝置每次只能測量單根物模，無法保證物模受的波流載荷相位角相同。同時測量實驗都是在實驗室中進行的，并沒有在實際的海洋環境下進行。

技術實現要素：

本發明的目的是：提供一種海洋結構波流載荷實驗測量裝置，可以測量實際海洋環境中自升式海洋平臺樁腿及其海洋結構物實驗模型在水中的漂流載荷，并且實現能同時測量兩根物模的波流力，解決現有技術中測量精度不高、物模更換費時費力等問題，進一步提高測量精度，為不同規格的自升式海洋平臺的優化設計提供精準數據。

本發明的技術方案是：一種實際海洋環境中海洋結構波流載荷實驗測量裝置，包括：花鍵軸、花鍵套、定位銷、步進電機、三通連接桿、六維力傳感器、驅動與通訊模塊、上位機控制系統、支撐柱；

所述花鍵軸用于連接物模和所述三通連接桿，所述花鍵軸連接物模端焊接有法蘭盤，法蘭盤上留有連接物模的螺紋孔，物模通過螺栓固接到法蘭盤；

所述花鍵套用于實現所述花鍵軸與所述三通連接桿的連接，所述花鍵軸與所述花鍵套在軸向上通過兩個所述定位銷固定；

所述定位銷用于實現所述花鍵軸與所述三通連接桿連接時的固定；

所述步進電機與所述花鍵套通過法蘭盤由螺栓連接在所述三通連接桿上，帶動物模步進轉動，從而改變物模與入射波浪之間的角度；

所述三通連接桿用于連接所述支撐柱、所述花鍵軸、所述花鍵套、所述步進電機、所述驅動與通訊模塊；所述三通連接桿與所述支撐柱垂直；兩個所述步進電機安裝在所述三通連接桿的兩端，軸向與所述花鍵軸軸向相同且與所述三通連接桿垂直；

所述六維力傳感器通過法蘭盤和螺栓連接在所述支撐柱上；所述六維力傳感器用于采集分別置于兩個所述花鍵軸的兩個物模受到波流載荷時Z方向的彎矩及水平作用力信號，并將探測到的信號傳送給所述驅動與通訊模塊；

所述驅動與通訊模塊用于控制所述步進電機的啟停與轉動，從而改變兩個物模與入射波浪之間的角度，并將所述六維力傳感器采集的物模受到波流載荷時Z方向的彎矩及水平作用力信號放大后，實時傳送給所述上位機控制系統；

所述上位機控制系統用于發送脈沖信號給所述驅動與通訊模塊，控制所述步進電機實現物模角度的變換；所述上位機控制系統接收所述驅動與通訊模塊傳送的物模受到波流載荷時Z方向的彎矩及水平作用力信號，處理并分析數據特性，得到物模所承受的水平總力和扭矩差，最后通過界面直觀顯示；所述上位機控制系統可人工輸入步進電機轉動角度信息，實現物模角度變換的控制；

所述支撐柱用于支撐所述三通連接桿，將海洋結構波流載荷實驗測量裝置固定在海洋底部。

本發明通過采用計算機控制技術、信息采集技術、物模布局及傳感器設置結構技術，實現了實際海洋環境中自升式海洋平臺樁腿及其它海洋結構物實驗模型在水中的漂(波)流載荷的測量，且能同時測量兩根物模的波流力，解決了現有技術中測量精度不高、物模更換費時費力等問題，進一步提高了測量效率和測量準確度，為不同規格的自升式海洋平臺的優化設計提供精準數據。

附圖說明

圖1為本發明結構組成示意圖；

圖2為本發明局部結構示意圖；

圖3為本發明力學示意圖。

1--花鍵軸、2--花鍵套、3--定位銷、4--步進電機、5--三通連接桿、6--六維力傳感器、7--驅動與通訊模塊、8—上位機控制系統、9--支撐柱、10--物模、11—海洋水平面、12—海洋水底部

具體實施方式

實施例1：參見圖1至圖3，一種實際海洋環境中海洋結構波流載荷實驗測量裝置，包括：花鍵軸1、花鍵套2、定位銷3、步進電機4、三通連接桿5、六維力傳感器6、驅動與通訊模塊7、上位機控制系統8、支撐柱9；

所述花鍵軸1用于連接物模和所述三通連接桿5，所述花鍵軸1連接物模端焊接有法蘭盤，法蘭盤上留有連接物模的螺紋孔，物模通過螺栓固接到法蘭盤；

所述花鍵套2用于實現所述花鍵軸1與所述三通連接桿5的連接，所述花鍵軸1與所述花鍵套2在軸向上通過兩個所述定位銷3固定；

所述定位銷3用于實現所述花鍵軸1與所述三通連接桿5連接時的固定；

所述步進電機4與所述花鍵套2通過法蘭盤由螺栓連接在所述三通連接桿5上，帶動物模步進轉動，從而改變物模與入射波浪之間的角度；

所述三通連接桿5用于連接所述支撐柱9、所述花鍵軸1、所述花鍵套2、所述步進電機4、所述驅動與通訊模塊7；所述三通連接桿5與所述支撐柱9垂直；兩個所述步進電機4安裝在所述三通連接桿5的兩端，軸向與所述花鍵軸1軸向相同且與所述三通連接桿5垂直；

所述六維力傳感器6通過法蘭盤和螺栓連接在所述支撐柱9上；所述六維力傳感器6用于采集分別置于兩個所述花鍵軸1的兩個物模受到波流載荷時Z方向的彎矩及水平作用力信號，并將探測到的信號傳送給所述驅動與通訊模塊7；

所述驅動與通訊模塊7用于控制所述步進電機4的啟停與轉動，從而改變兩個物模與入射波浪之間的角度，并將所述六維力傳感器6采集的物模受到波流載荷時Z方向的彎矩及水平作用力信號放大后，實時傳送給所述上位機控制系統8；

所述上位機控制系統8用于發送脈沖信號給所述驅動與通訊模塊7，控制所述步進電機4實現物模角度的變換；所述上位機控制系統8接收所述驅動與通訊模塊7傳送的物模受到波流載荷時Z方向的彎矩及水平作用力信號，處理并分析數據特性，得到物模所承受的水平總力和扭矩差，最后通過界面直觀顯示；所述上位機控制系統8可人工輸入步進電機轉動角度信息，實現物模角度變換的控制；

所述支撐柱9用于支撐所述三通連接桿5，將海洋結構波流載荷實驗測量裝置固定在海洋底部。