專利名稱：實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型。
背景技術(shù)：
根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，將柱狀結(jié)構(gòu)物置于一定速度的來流當(dāng)中，其兩側(cè)會(huì)發(fā)生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)，柱體會(huì)受到橫向和流向的脈動(dòng)壓力。如果此時(shí)柱體是彈性支撐的，那么脈動(dòng)流體力會(huì)引發(fā)柱體的振動(dòng)，柱體的振動(dòng)反過來又會(huì)改變其尾流結(jié)構(gòu)。 這種流體結(jié)構(gòu)物相互作用的問題稱為渦激振動(dòng)。例如在海流的作用下，懸置于海中的海洋平臺(tái)立管、拖纜、海底管線、spar平臺(tái)的浮筒、系泊纜索等柔性管件上會(huì)出現(xiàn)渦激振動(dòng)現(xiàn)象， 將會(huì)導(dǎo)致柔性管件的疲勞破壞。目前為止，對(duì)柔性管件渦激振動(dòng)現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗(yàn)方法。試驗(yàn)中為了模擬接近于自然界中的真實(shí)立管的渦激振動(dòng)現(xiàn)象，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)用性，必須采用先進(jìn)工藝制作的立管模型。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前的渦激振動(dòng)立管模型一般采用玻璃鋼材料或金屬材料制作，測(cè)量立管模型運(yùn)動(dòng)一般用加速度計(jì)，測(cè)量渦激振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變一般采用電阻應(yīng)變片。在2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》雜志中的論文 "Experiment investigation of vortex-induced vibration of Long risers，，(細(xì)長立管渦激振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究)是關(guān)于柔性管件渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究的，文中提到了一種柔性管件渦激振動(dòng)模型，該立管模型外徑為27mm，采用玻璃鋼材料制作，用布置在立管表面的加速度傳感器來測(cè)量立管的運(yùn)動(dòng)，在立管壁上布置光柵測(cè)量立管的應(yīng)變量。經(jīng)分析，該立管模型制作技術(shù)的不足之處在于1.立管模型的直徑很小，難以有效的進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)測(cè)試，尺度效應(yīng)明顯。2.玻璃鋼具有各向異性的特性，并不適于使用光纖光柵傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，該結(jié)構(gòu)能夠能承受較高流速、能激發(fā)高階模態(tài)渦激振動(dòng)且測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括光纖光柵傳感組件、連接管、熱縮管、若干個(gè)擴(kuò)徑管和光滑管，其中光纖光柵傳感組件與連接管的表面連接，熱縮管包裹在連接管外，若干個(gè)擴(kuò)徑管套接在熱縮管外且依次串聯(lián)連接，光滑管包裹在擴(kuò)徑管外。所述的光纖光柵傳感組件由四根防水封裝的光纖串組成，每根光纖串沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接。所述的光纖串包括若干個(gè)光柵應(yīng)變片和連接光纖，其中若干個(gè)光柵應(yīng)變片均勻分布于連接光纖上且光柵應(yīng)變片與立管管口不接觸。所述的熱縮管的內(nèi)徑與連接管的外徑相同，熱縮管的外徑與擴(kuò)徑管的內(nèi)徑相同。所述的擴(kuò)徑管由兩個(gè)中空半圓柱體套管組成，該套管的兩個(gè)剖面分別設(shè)有凹槽和凸緣且凹槽和凸緣的形狀相適配。兩個(gè)半圓柱體套管通過凹槽和凸緣扣在一起組成擴(kuò)徑管。該擴(kuò)徑管增大了立管模型外徑，使立管模型外徑接近實(shí)際立管外徑。
所述的擴(kuò)徑管的外徑與光滑管的內(nèi)徑相同。本發(fā)明的外徑與實(shí)際立管接近，能夠進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)測(cè)試，避免尺度效應(yīng)。本發(fā)明采用擴(kuò)徑管增大立管模型外徑，僅貢獻(xiàn)很小的的剛度，因此能夠激發(fā)出較高模態(tài)的渦激振動(dòng)。本發(fā)明的連接管能夠提供較強(qiáng)的剛度，因此能夠承受較高的流速。本發(fā)明由于光纖光柵應(yīng)變傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗干擾的特點(diǎn)，同根光纖上能夠制作多個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器，光纖光柵應(yīng)變傳感器粘貼在立管模型表面幾乎不改變立管特性，因此測(cè)得的應(yīng)變數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。


圖1(a)本發(fā)明的側(cè)視圖。圖1(b)本發(fā)明的主視圖。圖2為本發(fā)明的立體圖。圖3為光纖光柵傳感組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為擴(kuò)徑管的套管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括光纖光柵傳感組件1、連接管2、熱縮管3、若干個(gè)擴(kuò)徑管4和光滑管5，其中光纖光柵傳感組件1與連接管2的表面連接，熱縮管3包裹在連接有光纖光柵傳感組件1的連接管2外，若干個(gè)擴(kuò)徑管4套接在熱縮管3外且依次串聯(lián)連接，光滑管5包裹在若干個(gè)擴(kuò)徑管4外。如圖3所示，所述的光纖光柵傳感組件1由四根光纖串6組成，每根光纖串6沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接，光纖串6采用防水封裝方法封裝。所述的光纖串6包括若干個(gè)光柵應(yīng)變片7和連接光纖8，其中若干個(gè)光柵應(yīng)變片7均勻分布于連接光纖8上且光柵應(yīng)變片7與立管管口不接觸。所述的光柵應(yīng)變片8采用表面安裝式應(yīng)變計(jì)。所述的連接管2的材料采用合金材料。所述的熱縮管3的內(nèi)徑與連接管2的外徑相同，熱縮管3的外徑與擴(kuò)徑管4的內(nèi)徑相同，該熱縮管3的材料采用聚乙烯。如圖4所示，所述的擴(kuò)徑管4由兩個(gè)中空半圓柱體套管組成，該套管的兩個(gè)剖面分別設(shè)有凹槽10和凸緣11且凹槽10和凸緣11的形狀相適配。兩個(gè)半圓柱體套管通過凹槽 10和凸緣11扣在一起組成擴(kuò)徑管4。所述的擴(kuò)徑管4的外徑與光滑管5的內(nèi)徑相同。該擴(kuò)徑管4增大了立管模型外徑，使立管模型外徑接近實(shí)際立管外徑。所述的擴(kuò)徑管4的材料采用精對(duì)苯二甲酸。
如圖1和圖2所示，所述的光滑管的外徑等于實(shí)際立管的直徑，該光滑管5的材料采用天然橡膠。本發(fā)明的外徑與實(shí)際立管接近，能夠進(jìn)行實(shí)雷諾數(shù)下的渦激振動(dòng)測(cè)試，避免尺度效應(yīng)。本發(fā)明采用擴(kuò)徑管4增大立管模型外徑，僅貢獻(xiàn)很小的的剛度，因此能夠激發(fā)出較高模態(tài)的渦激振動(dòng)。本發(fā)明的連接管2能夠提供較強(qiáng)的剛度，因此能夠承受較高的流速。本發(fā)明由于光柵應(yīng)變片7具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗干擾的特點(diǎn)，同根光纖上能夠制作多個(gè)光柵應(yīng)變片7，光柵應(yīng)變片7粘貼在立管模型表面幾乎不改變立管特性，因此測(cè)得的應(yīng)變數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，其特征在于，包括光纖光柵傳感組件、 連接管、熱縮管、若干個(gè)擴(kuò)徑管和光滑管，其中光纖光柵傳感組件與連接管的表面連接，熱縮管包裹在連接管外，若干個(gè)擴(kuò)徑管套接在熱縮管外且依次串聯(lián)連接，光滑管包裹在擴(kuò)徑管外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，其特征是，所述的光纖光柵傳感組件由四根防水封裝的光纖串組成，每根光纖串沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，其特征是，所述的光纖串包括若干個(gè)光柵應(yīng)變片和連接光纖，其中若干個(gè)光柵應(yīng)變片均勻分布于連接光纖上且光柵應(yīng)變片與立管管口不接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，其特征是，所述的熱縮管的內(nèi)徑與連接管的外徑相同，熱縮管的外徑與擴(kuò)徑管的內(nèi)徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，其特征是，所述的擴(kuò)徑管由兩個(gè)中空半圓柱體套管組成，該套管的兩個(gè)剖面分別設(shè)有凹槽和凸緣且凹槽和凸緣的形狀相適配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，其特征是，所述的擴(kuò)徑管的外徑與光滑管的內(nèi)徑相同。
全文摘要
一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)雷諾數(shù)渦激振動(dòng)試驗(yàn)柔性立管模型，光纖光柵傳感組件、連接管、熱縮管、若干個(gè)擴(kuò)徑管和光滑管，其中光纖光柵傳感組件與連接管的表面連接，熱縮管包裹在連接管外，若干個(gè)擴(kuò)徑管套接在熱縮管外且依次串聯(lián)連接，光滑管包裹在擴(kuò)徑管外。本發(fā)明能夠能承受較高流速、能激發(fā)高階模態(tài)渦激振動(dòng)且測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
文檔編號(hào)G01M7/02GK102323023SQ201110143648
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者付世曉, 周青, 李曼, 李鯉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)