一种用于内波实验水槽的结构物测力可调节装置

1.本发明涉及海洋内波测量技术领域，具体而言是一种用于内波实验水槽的结构物测力可调节装置。


背景技术：

2.海洋内波是发生在海水密度分层的一种波动，其具有能量强、波幅大并伴有强烈的剪切流动的特点。当海洋水下结构物在运行中遭遇内波时，可能会因为受到强烈的剪切作用而损坏或者受到浮力的突然改变而沉没。由于内波波幅较大，因此实验室尺度的内波实验更加有利于帮助我们了解海洋结构物在遭遇内波时的受到的力和力矩情况。所以实现实验水槽中结构物的力和力矩的准确测量以及不同状态的结构物受到的力和力矩尤为重要。因此开发出一套可以准确测量结构物受到的力和力矩的可调节装置具有重要意义。而目前国内外使用的装置一般只用于测量结构物受到的力，而且装置和结构物的连接固定并且连接件会影响内波的传播，这就存在着测量的不精准以及测不出力矩和测量的状态单一等问题。


技术实现要素：

3.根据上述技术问题，而提供一种用于内波实验水槽的结构物测力可调节装置，本装置克服现有的测力装置只能用于测量结构物受到的力、测量状态单一以及装置会对流场产生影响的技术问题。
4.本发明采用的技术手段如下：
5.一种用于内波实验水槽的结构物测力可调节装置，包括竖直设置的上杆和下杆，所述上杆与内波实验水槽固定连接；
6.所述上杆和所述下杆之间设置有测力器，所述测力器的上下两端分别通过连接件与所述上杆和下杆固定连接；
7.所述下杆的底部具有缺口，所述缺口内安装有轴套，所述轴套的两侧具有短轴，所述短轴插入所述缺口的内壁中，并与所述缺口的内壁转动连接，所述缺口的外壁具有穿入所述缺口的外壁内的第一顶紧螺栓，所述第一顶紧螺栓用于径向顶紧所述短轴，防止所述短轴转动；所述轴套的端面具有角度刻度；
8.所述轴套内通过轴承与连接杆的一端转动连接，所述连接杆的另一端与结构物固定连接；所述轴套上设置有第二顶紧螺栓，所述第二顶紧螺栓用于径向顶紧所述连接杆，防止所述连接杆转动；
9.所述缺口的两侧分别固定有刻度盘，所述刻度盘上具有角度刻度。
10.优选地，所述轴套通过孔用弹性线圈将所述轴承固定在所述轴套内。
11.优选地，所述轴承为深沟球轴承。
12.优选地，所述轴套的上下两端对称设置有所述第二顶紧螺栓。
13.优选地，所述上杆上设置有多个预留孔，连接螺栓穿过所述预留孔与所述内波实
验水槽固定连接，通过采用不同的预留孔调节所述上杆的高度。
14.优选地，所述结构物远离所述连接杆的一侧迎向所述内波实验水槽内的来流方向。
15.优选地，所述测力器用于测量x、y、z三个方向的力和力矩。
16.优选地，所述连接杆靠近所述轴承的一端具有与所述轴套端面上的角度刻度相配合的基准线，便于读出连接杆的转动角度。
17.优选地，所述测力器的重心和所述结构物的重心在同一竖直平面内。
18.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.1、通过上杆的预留孔，可以实现调节结构物在水槽中的深度，利于研究结构物位于不同深度的时受到的影响。
20.2、测力杆的重心与结构物的重心位于同一竖直平面上，易于测力数据的转化。
21.3、下杆与轴承套之间可以调节，并配备有刻度盘，便于研究不同俯仰角状态下结构物受到的力和力矩。
22.4、轴承与连接杆之间可以相互转动并配备有刻度盘，便于研究结构物不同水平方向受到的力和力矩。
23.5、与传统的测力装置对比，本发明中与结构物的连接杆位于结构物后方，可以减少连接杆对内波流场的影响，从而可以获得更为精准的实验数据。
24.基于上述理由本发明可在内波实验等领域广泛推广。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明具体实施方式中一种用于内波实验水槽的结构物测力可调节装置结构示意图。
27.图2为本发明具体实施方式中上杆结构示意图。
28.图3为本发明具体实施方式中轴套与下杆连接示意图(主视)。
29.图4为本发明具体实施方式中轴套与下杆连接示意图(侧视)。
30.图5为本发明具体实施方式中轴套结构示意图。
31.图6为本发明具体实施方式中深沟球轴承结构示意图。
32.图中：1、上杆；11、预留孔；2、下杆；3、测力器；4、连接件；5、轴套；51、短轴；52、第一顶紧螺栓；53、第二顶紧螺栓；6、轴承；61、孔用弹性线圈；7、连接杆；71、基准线；8、刻度盘。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅
仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
38.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
39.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
40.如图1～6所示，一种用于内波实验水槽的结构物测力可调节装置，包括竖直设置的上杆1和下杆2，所述上杆1与内波实验水槽(图略)固定连接；所述上杆1上设置有多个预留孔11，连接螺栓穿过所述预留孔11与所述内波实验水槽固定连接，通过采用不同的预留孔11调节所述上杆1的高度。
41.所述上杆1和所述下杆2之间设置有测力器3，所述测力器3的上下两端分别通过连接件4与所述上杆1和下杆2固定连接；上杆1的底部具有两个支腿，支腿上设置有螺纹孔，支腿通过螺纹孔和螺栓与位于上方的连接件4固定连接。两个支腿之间的空间用于放置测力
器3。
42.所述测力器3用于测量x、y、z三个方向的力和力矩。本具体实施方式中测力器的型号选取为ati industrial automation nano17ip68。
43.所述下杆2的底部具有缺口，所述缺口内安装有轴套5，所述轴套5的两侧具有短轴51，所述短轴51插入所述缺口的内壁中，并与所述缺口的内壁转动连接，所述缺口的外壁具有穿入所述缺口的外壁内的第一顶紧螺栓52，所述第一顶紧螺栓52用于径向顶紧所述短轴51，防止所述短轴51转动；所述轴套5的端面具有角度刻度；所述缺口的两侧分别固定有刻度盘8，所述刻度盘8上具有角度刻度。
44.所述轴套5内通过深沟球轴承6与连接杆7的一端转动连接，所述连接杆7的另一端通过螺纹与结构物(图略)固定连接；所述轴套5通过孔用弹性线圈61将所述轴承6固定在所述轴套5内。所述轴套5上下两端分别对称设置有第二顶紧螺栓53，所述第二顶紧螺栓53用于径向顶紧所述连接杆7，防止所述连接杆7转动；所述结构物远离所述连接杆7的一侧迎向所述内波实验水槽内的来流方向。所述连接杆7靠近深沟球轴承6的一端具有与所述轴套5端面上的角度刻度相配合的基准线71，便于读出连接杆7的转动角度。
45.所述测力器3的重心和所述结构物的重心在同一竖直平面内，结构物为对称结构，连接杆7的与结构物的对称中心固定连接。
46.在使用过程中，预先松开第一顶紧螺栓52和第二顶紧螺栓53，调整结构物与下杆2之间的俯仰角度和偏转角度，之后再将第一顶紧螺栓52和第二顶紧螺栓53拧紧防止结构物与下杆2之间的相对位置发生变化，之后开始实验，在实验过程中观察测力器3的读数。
47.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，并不是本发明可以使用的全部场景，本发明不仅可以用于内波实验水槽中结构物的力和力矩的测量，同时也可以运用于测量飞行物在空中飞行时受到的力和力矩。这些示例仅仅是示意性的，并不是用于限制使用的，本领域以及相关相似领域内的研究人员都可以在本发明的启示下，应用于适用领域，但是凡是在本发明的使用和原则之内，所做的任何修改、变换或者改型等，仍属于本发明的保护范围之内。