雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的裝置，具體是一種海洋工程深水池中柔性管件模型在雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿的渦激振動測試裝置。
【背景技術】
[0002]海洋內孤立波是在密度分層的海洋中普遍存在的一種典型的惡劣海況，它具有振幅大、持續時間長、非線性等特點。對于張力腿平臺來說，頻繁活動的內波不僅會對張力腿產生巨大的沖擊載荷，還會使其承受雙向剪切流或雙向階梯剪切流的作用而發生渦激振動。所謂渦激振動，是指處于一定速度來流中的柱狀結構物，其兩側會發生交替瀉渦。柱體會受到與漩渦的生成和瀉放相關聯的橫向和流向的脈動壓力。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。這種流體與結構物相互作用的問題稱為渦激振動。張力腿的渦激振動現象會嚴重降低其疲勞壽命，因此迫切需要對于該問題進行深入研究，發展可靠的張力腿渦激振動預報方法，為張力腿的工程設計提供幫助。
[0003]目前，國內外學術界和工程界針對內波流場中張力腿渦激振動現象的研究較少，總體分為模型試驗和數值模擬兩種方式，直接數值模擬渦激振動存在問題較多，當前經驗模型預報軟件如SHEAR7等，存在比如效率低、精度差等缺陷，其預報得到的結果常常與試驗結果有較大差距，需要進行評估和修正。通過試驗方法可以較好地研究張力腿的渦激振動現象，在過去一段時間取得了一定的進展，但總的來說仍存在以下不足之處:1、一般只能模擬小尺度管件的渦激振動，難以有效的進行實雷諾數下的渦激振動測試。2、一般只能模擬均勻流場中張力腿的渦激振動，不能模擬剪切流場中張力腿的渦激振動。3、裝置較為復雜、笨重，安裝不方便，需要的電機功率很大。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動測試裝置，能夠模擬大型實際尺寸張力腿、雙向剪切流和雙向階梯剪切流場，具有便于拆裝、復雜程度低和靈活性高等優點。
[0005]為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。
[0006]—種海洋工程技術領域的雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動測試裝置，包括:張力腿模型機構、測量分析模塊、驅動模塊、懸臂模塊、底部支撐模塊、擋流模塊和滑槽模塊;其中，所述張力腿模型機構固定在懸臂模塊上，所述底部支撐模塊與驅動模塊垂直連接，所述驅動模塊與懸臂模塊垂直連接;所述擋流模塊固定在懸臂模塊上，所述滑槽模塊固定在底部支撐模塊上;所述懸臂模塊通過驅動模塊帶動旋轉，所述測量分析模塊布置于張力腿模型機構和懸臂模塊之中。
[0007]所述懸臂模塊為一體式結構。
[0008]所述雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動測試裝置整體垂直設置于海洋工程深水池中，雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動測試裝置的底部支撐模塊通過高強度螺栓固定在水池鋼制升降底上，本發明便于拆裝，復雜程度低，靈活性高，能夠模擬實尺度張力腿雙向剪切流場和雙向階梯剪切流場。
[0009]優選地，所述張力腿模型機構包括:張力腿模型、設置于張力腿模型兩端的固定端以及連接板;其中，每一個固定端均包括:萬向節、三分力儀傳感器、滑動軸、張力腿固定接頭、直線軸承和緩沖彈簧，其中:張力腿固定接頭的兩端分別與張力腿模型和萬向節的一端相連，萬向節的另一端固定設置于三分力儀傳感器上，直線軸承的一端固定三分力儀傳感器，并分別與滑動軸和緩沖彈簧相連;固定端通過連接板固定于懸臂模塊的末端。
[0010]優選地，所述張力腿模型的單位長度質量與張力腿模型的單位長度排開水質量之比為1:1。
[0011]優選地，所述張力腿模型機構還包括套筒，所述套筒套接于張力腿模型的一端固定端端點及設置該固定端一側的張力腿模型的外側。
[0012]優選地，所述測量分析模塊包括:測量單元、水下錄像單元、計算單元和無線傳輸單元，其中:計算單元設置于海洋工程深水池的拖車機房內并與無線傳輸單元相連接用于傳輸水下錄像單元和測量單元輸出的無線測量信號，計算單元實時地對接收到的無線測量信號進行存儲和處理。
[0013]優選地，所述驅動模塊包括:變速齒輪箱、電機、驅動軸、驅動齒輪，其中:變速齒輪箱的兩端分別與電機和驅動軸相連接，驅動軸與驅動齒輪相連接，驅動齒輪帶動懸臂模塊作旋轉運動。
[0014]優選地，所述變速齒輪箱的減速比為40:1。
[0015]優選地，所述懸臂模塊包括:懸臂、穩定支柱、第一斜撐和第二斜撐，其中:所述懸臂分為水平懸臂段和豎向懸臂段，豎向懸臂段通過第一斜撐保證強度，豎向懸臂段的末端與張力腿模型機構連接;懸臂的中心與底部支撐模塊通過固定裝置連接，懸臂的底部與固定裝置底部通過第二斜撐和穩定支柱連接，穩定支柱的下端在與滑槽模塊接觸的面上分別布置有鋼珠。
[0016]優選地，穩定支柱的下端在與滑槽模塊的環狀凹形滑槽接觸的三個面上分別布置有鋼珠，方便穩定支柱在滑槽模塊中做旋轉運動;穩定支柱起運動穩定作用，防止懸臂轉動過程中發生大幅度晃動;斜撐可提高結構強度。
[0017]優選地，所述懸臂采用中空矩形塊結構，中空矩形塊結構的內部高度為94_，外部高度為100mm，寬為0.6m，水平跨距為5m。
[0018]優選地，水平懸臂段和豎向懸臂段焊接在一起。
[0019]優選地，所述擋流模塊包括:底部擋流板和側面擋流板;其中，底部擋流板通過支架固定在水平懸臂段，側面擋流板固定在豎向懸臂段。
[0020]優選地，所述滑槽模塊包括:滑槽支撐底座、滑槽鎖定裝置，滑槽支撐底座通過螺栓固定在底部支撐模塊上，滑槽鎖定裝置與滑槽支撐底座通過螺栓連接從而形成環狀凹形滑槽，懸臂模塊的穩定支柱通過鋼珠在環狀凹形滑槽內滑動。
[0021 ]優選地，所述底部支撐模塊包括:圓筒軸和底部基座;其中，圓筒軸的內部放置驅動模塊(電機、變速齒輪箱、驅動齒輪和驅動軸)，圓筒軸的下部焊接在底部基座上;滑槽模塊通過螺栓固定于底部基座的上端，底部基座通過高強度螺栓固定設置于海洋工程深水池的升降底上，進而使雙向剪切流和雙向階梯剪切流下張力腿渦激振動測試裝置整體設置于海洋工程深水池中。
[0022]與現有技術相比，本發明的優點包括:
[0023]1、本發明的旋轉裝置測試時間長，實驗數據的穩定性好、準確度高；
[0024]2、本發明能夠模擬更加真實的海洋環境，包括雙向剪切流和雙向階梯剪切流場，以及真實海洋環境中實際尺寸管件大雷諾數的特點，這比以往測試方法有顯著的進步；
[0025]3、本發明靈活性高，可以通過改變套筒套接位置和長度模擬不同工況的雙向階梯剪切流；
[0026]4、本發明裝置復雜程度低，質量輕，模塊化且裝卸方便，要求的電機功率較低，性能和效率較以往張力腿的渦激振動測試裝置有很大提高。
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0028]圖1是本發明不帶套筒結構示意圖。
[0029]圖2是測量分析模塊示意圖。
[0030]圖3是驅動模塊的結構正視圖。
[0031 ]圖4是懸臂模塊和擋流模塊的結構示意圖。
[0032]圖5是底部支撐模塊的結構示意圖。
[0033]圖6是滑槽模塊的結構示意圖。
[0034]圖7是張力腿模型機構中固定端的正視圖。
[0035]圖8是張力腿模型機構中固定端的俯視