双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿涡激振动测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种海洋工程深水池中柔性管件模型在双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿的涡激振动测试装置。
【背景技术】
[0002]海洋内孤立波是在密度分层的海洋中普遍存在的一种典型的恶劣海况，它具有振幅大、持续时间长、非线性等特点。对于张力腿平台来说，频繁活动的内波不仅会对张力腿产生巨大的冲击载荷，还会使其承受双向剪切流或双向阶梯剪切流的作用而发生涡激振动。所谓涡激振动，是指处于一定速度来流中的柱状结构物，其两侧会发生交替泻涡。柱体会受到与漩涡的生成和泻放相关联的横向和流向的脉动压力。脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体与结构物相互作用的问题称为涡激振动。张力腿的涡激振动现象会严重降低其疲劳寿命，因此迫切需要对于该问题进行深入研究，发展可靠的张力腿涡激振动预报方法，为张力腿的工程设计提供帮助。
[0003]目前，国内外学术界和工程界针对内波流场中张力腿涡激振动现象的研究较少，总体分为模型试验和数值模拟两种方式，直接数值模拟涡激振动存在问题较多，当前经验模型预报软件如SHEAR7等，存在比如效率低、精度差等缺陷，其预报得到的结果常常与试验结果有较大差距，需要进行评估和修正。通过试验方法可以较好地研究张力腿的涡激振动现象，在过去一段时间取得了一定的进展，但总的来说仍存在以下不足之处:1、一般只能模拟小尺度管件的涡激振动，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试。2、一般只能模拟均匀流场中张力腿的涡激振动，不能模拟剪切流场中张力腿的涡激振动。3、装置较为复杂、笨重，安装不方便，需要的电机功率很大。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿涡激振动测试装置，能够模拟大型实际尺寸张力腿、双向剪切流和双向阶梯剪切流场，具有便于拆装、复杂程度低和灵活性高等优点。
[0005]为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006]—种海洋工程技术领域的双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿涡激振动测试装置，包括:张力腿模型机构、测量分析模块、驱动模块、悬臂模块、底部支撑模块、挡流模块和滑槽模块;其中，所述张力腿模型机构固定在悬臂模块上，所述底部支撑模块与驱动模块垂直连接，所述驱动模块与悬臂模块垂直连接;所述挡流模块固定在悬臂模块上，所述滑槽模块固定在底部支撑模块上;所述悬臂模块通过驱动模块带动旋转，所述测量分析模块布置于张力腿模型机构和悬臂模块之中。
[0007]所述悬臂模块为一体式结构。
[0008]所述双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿涡激振动测试装置整体垂直设置于海洋工程深水池中，双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿涡激振动测试装置的底部支撑模块通过高强度螺栓固定在水池钢制升降底上，本发明便于拆装，复杂程度低，灵活性高，能够模拟实尺度张力腿双向剪切流场和双向阶梯剪切流场。
[0009]优选地，所述张力腿模型机构包括:张力腿模型、设置于张力腿模型两端的固定端以及连接板;其中，每一个固定端均包括:万向节、三分力仪传感器、滑动轴、张力腿固定接头、直线轴承和缓冲弹簧，其中:张力腿固定接头的两端分别与张力腿模型和万向节的一端相连，万向节的另一端固定设置于三分力仪传感器上，直线轴承的一端固定三分力仪传感器，并分别与滑动轴和缓冲弹簧相连;固定端通过连接板固定于悬臂模块的末端。
[0010]优选地，所述张力腿模型的单位长度质量与张力腿模型的单位长度排开水质量之比为1:1。
[0011]优选地，所述张力腿模型机构还包括套筒，所述套筒套接于张力腿模型的一端固定端端点及设置该固定端一侧的张力腿模型的外侧。
[0012]优选地，所述测量分析模块包括:测量单元、水下录像单元、计算单元和无线传输单元，其中:计算单元设置于海洋工程深水池的拖车机房内并与无线传输单元相连接用于传输水下录像单元和测量单元输出的无线测量信号，计算单元实时地对接收到的无线测量信号进行存储和处理。
[0013]优选地，所述驱动模块包括:变速齿轮箱、电机、驱动轴、驱动齿轮，其中:变速齿轮箱的两端分别与电机和驱动轴相连接，驱动轴与驱动齿轮相连接，驱动齿轮带动悬臂模块作旋转运动。
[0014]优选地，所述变速齿轮箱的减速比为40:1。
[0015]优选地，所述悬臂模块包括:悬臂、稳定支柱、第一斜撑和第二斜撑，其中:所述悬臂分为水平悬臂段和竖向悬臂段，竖向悬臂段通过第一斜撑保证强度，竖向悬臂段的末端与张力腿模型机构连接;悬臂的中心与底部支撑模块通过固定装置连接，悬臂的底部与固定装置底部通过第二斜撑和稳定支柱连接，稳定支柱的下端在与滑槽模块接触的面上分别布置有钢珠。
[0016]优选地，稳定支柱的下端在与滑槽模块的环状凹形滑槽接触的三个面上分别布置有钢珠，方便稳定支柱在滑槽模块中做旋转运动;稳定支柱起运动稳定作用，防止悬臂转动过程中发生大幅度晃动;斜撑可提高结构强度。
[0017]优选地，所述悬臂采用中空矩形块结构，中空矩形块结构的内部高度为94_，外部高度为100mm，宽为0.6m，水平跨距为5m。
[0018]优选地，水平悬臂段和竖向悬臂段焊接在一起。
[0019]优选地，所述挡流模块包括:底部挡流板和侧面挡流板;其中，底部挡流板通过支架固定在水平悬臂段，侧面挡流板固定在竖向悬臂段。
[0020]优选地，所述滑槽模块包括:滑槽支撑底座、滑槽锁定装置，滑槽支撑底座通过螺栓固定在底部支撑模块上，滑槽锁定装置与滑槽支撑底座通过螺栓连接从而形成环状凹形滑槽，悬臂模块的稳定支柱通过钢珠在环状凹形滑槽内滑动。
[0021 ]优选地，所述底部支撑模块包括:圆筒轴和底部基座;其中，圆筒轴的内部放置驱动模块(电机、变速齿轮箱、驱动齿轮和驱动轴)，圆筒轴的下部焊接在底部基座上;滑槽模块通过螺栓固定于底部基座的上端，底部基座通过高强度螺栓固定设置于海洋工程深水池的升降底上，进而使双向剪切流和双向阶梯剪切流下张力腿涡激振动测试装置整体设置于海洋工程深水池中。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点包括:
[0023]1、本发明的旋转装置测试时间长，实验数据的稳定性好、准确度高；
[0024]2、本发明能够模拟更加真实的海洋环境，包括双向剪切流和双向阶梯剪切流场，以及真实海洋环境中实际尺寸管件大雷诺数的特点，这比以往测试方法有显著的进步；
[0025]3、本发明灵活性高，可以通过改变套筒套接位置和长度模拟不同工况的双向阶梯剪切流；
[0026]4、本发明装置复杂程度低，质量轻，模块化且装卸方便，要求的电机功率较低，性能和效率较以往张力腿的涡激振动测试装置有很大提高。
【附图说明】
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0028]图1是本发明不带套筒结构示意图。
[0029]图2是测量分析模块示意图。
[0030]图3是驱动模块的结构正视图。
[0031 ]图4是悬臂模块和挡流模块的结构示意图。
[0032]图5是底部支撑模块的结构示意图。
[0033]图6是滑槽模块的结构示意图。
[0034]图7是张力腿模型机构中固定端的正视图。
[0035]图8是张力腿模型机构中固定端的俯视