海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其包括:上部敞口的水槽;其下端能夠連接試驗模型并且伸入所述水槽內的傳動桿;連接在所述傳動桿上端,并能夠帶動該傳動桿作前后平移運動、豎向平移運動、前后搖擺運動、左右搖擺運動的多自由度運動機構。該試驗平臺能夠讓試驗模型模擬船體的縱蕩、垂蕩、縱搖和首搖運動,適用于垂蕩板、舭龍骨、錨鏈、立管、張力腿等多種海洋結構物的粘性水動力性能研究。
【專利說明】
海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺
技術領域
[0001]本發明涉及海洋工程試驗技術領域,具體涉及一種用于海洋結構物的粘性水動力性能及其周圍流場特性試驗研究的試驗平臺。
【背景技術】
[0002]水的粘性在眾多海洋結構物的水動力響應中起著重要作用。例如:船體的舭列板、減搖水艙,平臺上的垂蕩板等結構利用水的粘性起到抑制船體、平臺運動的作用;立管、錨鏈、張力腿等細長構件在水流中由于水的粘性容易產生渦激振動,容易對這些構件造成疲勞損傷。因此,通過對海洋結構物的粘性水動力性能及其流場特性的研究能有效揭示相關粘性特性和機理,對海洋結構物的設計、性能預報具有重要意義。
[0003]目前,模型試驗是研究海洋結構物粘性性能最有效的方法。在公開的文獻中,有關于采用運動機構對海洋結構物水動力性能進行研究的報道,但這些運動機構往往針對某一個問題設計,在大型水池中使用,對較大的模型進行研究。針對某一個問題設計的運動機構一般只具有單一自由度的運動能力,使用的局限性很大;在大型水池中使用,一方面由于海洋工程水池屬于稀缺資源,占用大型水池進行試驗的試驗成本較高,另一方面在大型水池中試驗難以對結構物周圍流場進行觀測。本發明是一個通用型的、小型化的、能同時對海洋結構物的粘性水動力性能和周圍流場特性進行研究的試驗平臺,國內尚沒有類似的發明公開發布O
【發明內容】
[0004]本發明目的是:針對上述技術問題,提出一種海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其能夠模擬船體的縱蕩、垂蕩、縱搖和首搖運動,適用于垂蕩板、舭龍骨、錨鏈、立管、張力腿等多種海洋結構物的粘性水動力性能研究。
[0005]本發明的技術方案是:一種海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,包括:
[0006]上部敞口的水槽;
[0007]其下端能夠連接試驗模型、并且伸入所述水槽內的傳動桿;
[0008]連接在所述傳動桿上端,并能夠帶動該傳動桿作前后平移運動、豎向平移運動、前后搖擺運動和左右搖擺運動這四種運動方式中的任意一種或兩種以上的耦合運動的多自由度運動機構。
[0009]本發明在上述技術方案的基礎上,還包括以下優選方案:
[0010]所述多自由度運動機構安裝在一支架上,該支架采用鋼材制成,其底部錨固在水泥地面內。
[0011 ]所述水槽固定架設在所述支架上,并且該支架上設置有攀爬梯。
[0012]所述水槽采用透明材料制成。
[0013]所述傳動桿為長度可調的伸縮桿。
[0014]所述傳動桿的下端設置有測力傳感器,其通過該測力傳感器與所述試驗模型相連。
[0015]所述多自由度運動機構由移動副、轉動副、驅動所述移動副和轉動副運動的動力設備、控制所述動力裝置的控制柜構成。
[0016]所述移動副包括帶動所述傳動桿作前后平移運動的前后移動副、帶動所述傳動桿作豎向平移運動的豎向移動副,所述轉動副包括帶動所述傳動桿作前后搖擺運動的前后轉動副、帶動所述傳動桿作左右搖擺運動的左右方向轉動副。
[0017]所述水槽的容積為50?100立方米。
[0018]所述水槽的外輪廓為邊長4米的立方體結構。
[0019]本發明的優點是:
[0020]1、該實驗平臺可讓試驗模型模擬船體的縱蕩、垂蕩、縱搖和首搖運動,通過運動-受力測試系統可以對試驗模型的水動力性能進行測試,同時可以利用粒子成像測速技術對流場特性進行觀測,其適用于垂蕩板、舭龍骨、錨鏈、立管、張力腿等多種海洋結構物的粘性水動力性能研究。
[0021]2、根據該試驗平臺尺度相對較小,試驗模型安裝方便,其支撐運動機構和水槽的剛性支架跨度小、剛度大、振動小,能夠保證多自由度運動的運動精度。
[0022]3、該試驗平臺的水槽采用透明材料制成,方便進行流場特性觀測。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步介紹:
[0024]圖1為本發明實施例這種試驗平臺的結構示意圖;
[0025]圖2為本發明實施例中多自由度運動機構的俯視結構示意圖;
[0026]圖3為本發明實施例中支架的結構示意圖;
[0027]圖4為本發明實施例中水槽的結構示意圖;
[0028]其中:卜多自由度運動機構,2-傳動桿,3-攀爬梯,4-試驗模型,5-控制柜,6_支架,7-水槽。
【具體實施方式】
[0029]圖1?圖4示出了本發明這種海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺的一個具體實施例,其主要包括水槽7、傳動桿2和多自由度運動機構I。
[0030]水槽7的上部敞口,在應用時,需在其內加入足夠量的試驗用水。水槽7的底部設置有放水閥門。
[0031]傳動桿2豎向布置,其下端伸入所述水槽7內。實際應用時,該傳動桿2的下端能夠直接連接試驗模型4,也可以通過測力傳感器間接連接試驗模型4。
[0032]多自由度運動機構I與所述傳動桿2的上端相連,其能夠帶動該傳動桿2作前后平移運動、豎向平移運動、前后搖擺運動、左右搖擺運動這四種運動方式中的任意一種或兩種以上的耦合運動(如既豎向平移,又前后搖擺)。在傳動桿2單獨作前后搖擺運動或左右搖擺運動時,傳動桿2始終處于同一豎直面內。
[0033]試驗時,在水槽7內加入足夠量的用水,將試驗模型4固定連接在傳動桿2的下端,并使試驗模型4浸入水中,通過多自由度運動機構I控制傳動桿2作前后平移運動、豎向平移運動、前后搖擺運動和左右搖擺運動,以對應地模擬試驗模型4的縱蕩、垂蕩、縱搖和首搖運動。通過外接的運動-受力測試系統可以對試驗模型的水動力性能進行測試,同時可以利用粒子成像測速技術對流場特性進行觀測。
[0034]具有上述功能的多自由度運動機構I可采用多種結構形式,而且大部分結構形式為機械領域技術人員所熟知。因多自由度運動機構I的具體結構不屬于本申請的保護重點,而且能夠從現有技術中獲得,故在此不作詳述。一般來說,這種多自由度運動機構I主要由移動副、轉動副、驅動所述移動副和轉動副運動的動力設備(如私服電機)、控制所述動力裝置的控制柜5構成,其中移動副包括帶動傳動桿2作前后平移運動的前后移動副、帶動所述傳動桿2作豎向平移運動的豎向移動副,而轉動副包括帶動傳動桿2作前后搖擺運動的前后轉動副、帶動傳動桿2作左右搖擺運動的左右方向轉動副。線位移精度0.1mm以上,角位移精度0.1度以上,運動頻率最高可達2Hz。
[0035]需要特別指出的是,本實施例中的多自由度運動機構I只能實現四個自由度的運動,達到了本發明對運動自由度的基本要求,但本發明并不局限于只能實現四個自由度運動的多自由度運動機構,也適用于能實現更多自由度運動的多自由度運動機構。
[0036]為了便于所述多自由度運動機構I和水槽7的安裝布置,本例還設置有一剛性支架6,多自由度運動機構I安裝在該支架6上,水槽7固定架設在該支架6上。而且支架6由鋼材制成,支架6的底部錨固在水泥地面內,以確保試驗過程中支架6的位置穩定性,確保試驗模型運動精度不受到變形、振動的影響,防止支架6晃動而影響試驗精度。
[0037]為了方便該試驗平臺的維護,本例在所述支架6上海設置有攀爬梯3。
[0038]而且,本實施例中的水槽7采用透明材料如高強度玻璃制成,以便試驗人員對流場特性進行觀測。水槽7的剛度需足夠大,保證其不會因為內部水體的運動而發生明顯的振動。
[0039]水槽7的尺度與試驗模型4的最大運動距離保持在10:1的比例之上,以保證在有效的測試時間內不受池壁效應的影響。一般水槽7的容積為50?100立方米,本例中該水槽的外輪廓為邊長4米的立方體結構。
[0040]此外,本實施例中的所述傳動桿2為長度可調的伸縮桿,以通過改變該傳動桿2的長度來實現試驗模型4在試驗準備階段入水深度的調節。
[0041]當然,上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點,其目的在于讓人們能夠了解本發明的內容并據以實施,并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于它包括: 上部敞口的水槽(7); 其下端能夠連接試驗模型(4)、并且伸入所述水槽(7)內的傳動桿(2); 連接在所述傳動桿(2)上端,并能夠帶動該傳動桿(2)作前后平移運動、豎向平移運動、前后搖擺運動和左右搖擺運動這四種運動方式中的任意一種或兩種以上的耦合運動的多自由度運動機構(I)。2.根據權利要求1所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述多自由度運動機構(I)安裝在一支架(6)上,該支架(6)采用鋼材制成,其底部錨固在水泥地面內。3.根據權利要求2所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述水槽(7)固定架設在所述支架(6)上,并且該支架(6)上設置有攀爬梯(3)。4.根據權利要求1所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述水槽(7)采用透明材料制成。5.根據權利要求1所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述傳動桿(2)為長度可調的伸縮桿。6.根據權利要求1所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述傳動桿(2)的下端設置有測力傳感器,其通過該測力傳感器與所述試驗模型(4)相連。7.根據權利要求1所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述多自由度運動機構(I)由移動副、轉動副、驅動所述移動副和轉動副運動的動力設備、控制所述動力裝置的控制柜(5)構成。8.根據權利要求7所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述移動副包括帶動所述傳動桿(2)作前后平移運動的前后移動副、帶動所述傳動桿(2)作豎向平移運動的豎向移動副,所述轉動副包括帶動所述傳動桿(2)作前后搖擺運動的前后轉動副、帶動所述傳動桿(2)作左右搖擺運動的左右方向轉動副。9.根據權利要求1所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述水槽(7)的容積為50?100立方米。10.根據權利要求9所述的海洋結構物精細模型粘性性能試驗平臺,其特征在于:所述水槽(7)的外輪廓為邊長4米的立方體結構。
【文檔編號】G01M10/00GK105865976SQ201610353558
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】寇雨豐, 肖龍飛, 王志強, 彭濤, 趙國成
【申請人】上海交通大學