內波水平力的測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于海洋內波觀測領域，涉及一種能夠在內波水槽中測量內波對圓柱體結構物水平作用力以及作用力沿深度分布的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括固定夾具、等直徑套筒和測力系統(tǒng)，固定夾具包括前部夾具、后部固定端；前部夾具和后部固定端的夾持部為弧面；套筒包括上部套筒和下部套筒，套筒的外圓半徑和固定夾具夾持部的弧面曲率半徑相吻合；前部夾具、后部固定端的夾持部夾持上部套筒后用螺絲固定；下部套筒與固定底座連接固定；測力系統(tǒng)安裝在上部套筒和下部套筒之間。本實用新型的內波水平力的測量系統(tǒng)能夠通過調節(jié)固定夾具的夾持位置調節(jié)測力系統(tǒng)所處位置，達到測量不同深度處內波對圓柱體模型的水平作用力，探究內波水平作用力沿深度分布的目的。
【專利說明】內波水平力的測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于海洋內波觀測領域，具體涉及一種能夠在內波水槽中，測量內波對圓柱體結構物水平作用力以及作用力沿深度分布的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]海洋內波是發(fā)生在密度穩(wěn)定層化的海水內部的一種波動，其波幅大，波長長，蘊含能量巨大，形成突發(fā)水平剪切流，導致較大水平流速，對處于其中的海洋工程結構物造成巨大威脅。在我國南海海域，頻繁發(fā)生的內波活動已經(jīng)成為影響石油天然氣開采工程中僅次于臺風的影響因素。海洋結構物一旦遭到破壞，除了引起巨大的經(jīng)濟損失之外，必將引起重大的環(huán)境污染以及次生災害。
[0003]圓柱體結構是海洋工程結構物中基本的結構形式，其在內波作用下的水動力性能是關乎海洋工程結構物能否在內波作用下安全穩(wěn)定運營的重要影響因素，也是海洋工程結構在設計時需要特別關注的問題。
[0004]由于海洋內波的難預測性以及現(xiàn)有測量手段的限制，很難將海洋結構物在內波作用下的實際受力情況測量出來，尤其是海洋內波對結構物水平作用力沿著深度的分布情況。因此在目前對于內波與結構物相互作用的研究當中，數(shù)值模擬和模型試驗成為研究主要手段。但是在目前內波作用下的圓柱體模型試驗中，或者其他的內波模型試驗，主要探究了內波作用在通長圓柱體樁柱上的或者在其他模型上整體的作用效果，并未細化到局部受力，既內波作用效果沿著深度的分布。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是克服實驗室內波測量上的困難，結合圓柱體模型在內波作用的實際受力情況，設計了一種能夠進行內波水平力及其沿深度分布的測量系統(tǒng)，測量內波對圓柱體模型的水平作用力以及其沿深度的分布。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是:內波水平力的測量系統(tǒng)，包括固定夾具、等直徑套筒和測力系統(tǒng)，所述固定夾具包括前部夾具、后部固定端；前部夾具和后部固定端的夾持部為弧面，其能與套筒吻合；套筒包括上部套筒和下部套筒，套筒的外圓半徑和固定夾具夾持部的弧面曲率半徑相吻合；前部夾具、后部固定端的夾持部夾持上部套筒后用螺絲固定；下部套筒與固定底座連接固定；測力系統(tǒng)安裝在上部套筒和下部套筒之間。
[0007]所述的測力系統(tǒng)主要包括上部固定端、傳感器、下部固定端、圓柱體模型；上部固定端的直徑與上部套筒內徑相同，嵌套在上部套筒內部，上部固定端的下部有連結傳感器的接頭，與傳感器用螺絲固定；傳感器的下部與下部固定端用螺絲固定；下部固定端的直徑與圓柱體模型內徑相同，嵌套在圓柱體模型內部。
[0008]所述下部套筒可做成不同長度，與上部套筒配合使用。
[0009]經(jīng)試驗驗證，本實用新型的內波水平力的測量系統(tǒng)能夠通過調節(jié)固定夾具的夾持位置調節(jié)測力系統(tǒng)所處位置，達到測量不同深度處內波對圓柱體模型的水平作用力，探究內波水平作用力沿深度分布的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的內波水平力的測量系統(tǒng)的結構示意圖；
[0011]圖2是圖1中測力系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，內波水平力的測量系統(tǒng)，包括固定夾具、等直徑套筒和測力系統(tǒng)，固定夾具包括前部夾具5、后部固定端6 ;前部夾具5和后部固定端6的夾持部為弧面，其能與套筒吻合；套筒包括上部套筒4和下部套筒2，套筒的外圓半徑和固定夾具夾持部的弧面曲率半徑相吻合；前部夾具5、后部固定端6的夾持部夾持上部套筒4后，用螺絲將前部夾具5和后部固定端6固定在一起，從而將上部套筒4固定；下部套筒2與固定底座I連接固定；測力系統(tǒng)安裝在上部套筒4和下部套筒2之間。
[0013]測力系統(tǒng)主要包括上部固定端8、傳感器9、下部固定端10、圓柱體模型11 ;上部固定端8的直徑與上部套筒4內徑相同，嵌套在上部套筒4內部，上部固定端8的下部有連接傳感器9的接頭，與傳感器9用螺絲固定；傳感器9的下部與下部固定端10用螺絲固定；下部固定端10的直徑與圓柱體模型11的內徑相同，嵌套在圓柱體模型11內部。
[0014]上部套筒4預留較長長度，以便于調整傳感器所處深度；下部套筒2根據(jù)需要準備不同長度幾組，與上部套筒配合使用。
[0015]在實驗室對內波進行測量時，設備安裝及方法實施按以下步驟進行:
[0016]1、將后部固定端6放置于內波水槽上方一定高度處固定，根據(jù)試驗所要測量內波水平力的深度，確定下部套筒2的長度，并將固定底座I固定于水槽底部。
[0017]2、將下部固定端10嵌套于圓柱體模型11中，并將傳感器9與下部固定端10用螺絲固定。用同樣的方法固定上部固定端8和上部套筒4，然后將傳感器9上部和上部固定端8用螺絲固定。即上部套筒4和圓柱體模型11通過傳感器9相連，圓柱體模型11所受內波水平作用傳遞到傳感器上。傳感器外接動態(tài)電阻應變儀。注意保持圓柱體模型與上部固定端留有一定縫隙。使其既能還原真實流場，又不對圓柱體受力造成影響。
[0018]3、將上部套筒4以及連結其上的圓柱體模型11通過前部夾具5固定在后部固定端6上，并通過調節(jié)螺絲來調節(jié)圓柱體模型所處深度，使圓柱體模型位于下部套筒2的正上方，并且兩者之間留有一定縫隙，使其既能還原真實流場，又不對圓柱體受力造成影響。
[0019]4、系統(tǒng)安裝好后在水槽內注水造波，進行測量工作，通過調節(jié)上部套筒4的夾持位置以及變換不同長度的下部套筒2達到測量不同深度處圓柱體模型上內波水平作用力的目的。
[0020]在整個系統(tǒng)中，因所測量作用力比較微小，在安裝傳感器的過程中要輕拿輕放，并保持圓柱體模型和傳感器的豎直狀態(tài)，防止傳感器過載。
【權利要求】
1.內波水平力的測量系統(tǒng)，其特征在于:包括固定夾具、等直徑套筒和測力系統(tǒng)；所述固定夾具包括前部夾具、后部固定端；前部夾具和后部固定端的夾持部為弧面，其能與套筒吻合；套筒包括上部套筒和下部套筒，套筒的外圓半徑和固定夾具夾持部的弧面曲率半徑相吻合；前部夾具、后部固定端的夾持部夾持上部套筒后用螺絲固定；下部套筒與固定底座連接固定；測力系統(tǒng)安裝在上部套筒和下部套筒之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的內波水平力的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測力系統(tǒng)主要包括上部固定端、傳感器、下部固定端、圓柱體模型；上部固定端的直徑與上部套筒內徑相同，嵌套在上部套筒內部，上部固定端的下部有連結傳感器的接頭，與傳感器用螺絲固定；傳感器的下部與下部固定端用螺絲固定；下部固定端的直徑與圓柱體模型內徑相同，嵌套在圓柱體模型內部。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的內波水平力的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的下部套筒可做成不同長度，與上部套筒配合使用。
【文檔編號】G01M10/00GK203657959SQ201320685922
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】郭海燕, 王飛, 王新超, 吳凱鋒, 殷文明, 牛建杰, 李偉民, 趙偉, 張克超, 苗得勝, 崔鵬, 沙鑫, 林超, 馬東, 王偉 申請人:中國海洋大學