CN102313635B - 斜向均匀流下的fishfarm浮筒分段模型水平强迫振动实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斜向均匀流下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，包括：浮筒分段模块、假体模块、固定模块、滑动模块和测量分析控制模块，浮筒分段模块两端分别与端部假体模块连接，固定模块分别与端部假体模块和滑动模块连接，滑动模块与拖车底部固定连接，测量分析控制模块设置于拖车上，分别与浮筒分段模块、端部假体模块、滑动模块相连接。本发明通过在渔网上设置光纤传感器能测出渔网局部的受力情况，通过在浮筒模块内侧设置三分力仪能测出渔网整体的受力情况，通过在浮筒模块外侧设置三分力仪能测出渔网和浮筒模块整体的受力情况；采用特殊的端部假体装置，解决了模型边界效应的问题；试验工况可以达到实KC数范围，避免了尺度效应。

Description

斜向均匀流下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体地涉及一种斜向均匀流下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置。

背景技术

FISHFARM整套结构置于海中，其上部浮筒和渔网都将受到海流以及波浪的水动力作用。因此对于FISHFARM整体结构的动力分析是其能否应用于工程实践的关键所在，而采用的方法多为模型试验。

然而，现有的试验模型多为FISHFARM的整体模型，在试验水池有限的空间内，需要采用很大的缩尺比，造成KC数过小，从而不可避免的出现尺度效应。另外，为了将研究问题简化，FISHFARM的水动力响应的研究中，理论研究者们开始关注于将整个环形的结构分解成为许多独立的分段。而独立分段则又可以看作线性刚性圆柱体来研究。通过研究分段的水动力性能进而评估整个环形的FISHFARM的水动力性能。而在假设的均匀来流海况下，不同位置的分段与流向的夹角是不同的，因此导致其水动力性能必然不同，因此需要对其进行分别研究。理论工作者们得出的这些局部分段对海流海浪的响应特性急需相应的实验数据。而现有的分段模型试验或者只能测量渔网的整体受力，不能测量局部每一根网线上的受力；或者只能测量无渔网的浮筒的受力。这些实验数据均不能很好的揭示渔网和浮筒的耦合效应。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，旨在解决现有试验装置局限于整体模型，尺度效应较大，仅能模拟较低KC数海况，且没有对浮筒分段进行边界处理的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，包括浮筒分段模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一固定模块、第二固定模块、第一滑动模块、第二滑动模块和测量分析控制模块，其中：浮筒分段模块两端分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接，第一固定模块分别与第一端部假体和第一滑动模块连接，第二固定模块分别与第二端部假体和第二滑动模块连接，第一滑动模块用于与拖车一端底部固定连接，第二滑动模块用于与拖车另一端底部固定连接，测量分析控制模块设置于拖车上，分别与浮筒分段模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一滑动模块、第二滑动模块相连接。

优选地，所述第一端部假体模块包括：第一假体外筒、第一三分力仪、第一三分力仪固定板、第一楔块、第一支座、第一调整组件、第一固定板、第一垫板、第一挡流板，其中：第一假体外筒与第一挡流板固定，第一三分力仪分别与浮筒分段模块中的第一固定接头、第二固定接头和第一三分力仪固定板相连，第一三分力仪固定板一端与第一三分力仪连接，另一端与第一楔块固接，第一楔块贯穿第一挡流板，并在第一挡流板内侧用第一支座与第一挡流板固接，第一挡流板另一侧的第一楔块与第一垫板连接，第一固定板通过第一垫板与第一楔块固接，第一调整组件分别与第一固定板和第一固定模块固接；第一假体外筒轴心线与档流板平面的法线成一定夹角，第一三分力仪固定板中心线及第一三分力仪中心线均与第一假体外筒轴心线重合，第一三分力仪与第一楔块斜侧面垂直固定；所述第二端部假体模块包括：第二假体外筒、第二三分力仪、第二三分力仪固定板、第二楔块、第二支座、第二调整组件、第二固定板、第二垫板、第二挡流板，其中：第二假体外筒与第二挡流板固定，第二三分力仪分别与浮筒分段模块中的第一固定接头、第二固定接头和第二三分力仪固定板相连，第二三分力仪固定板一端与第二三分力仪连接，另一端与第二楔块固接，第二楔块贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧用第二支座与第二挡流板固接，第二挡流板另一侧的第二楔块与第二垫板连接，第二固定板通过第二垫板与第二楔块固接，第二调整组件分别与第二固定板和第一固定模块固接；第二假体外筒轴心线与档流板平面的法线成一定夹角，第二三分力仪固定板中心线及第二三分力仪中心线均与第二假体外筒轴心线重合，第二三分力仪与第二楔块斜侧面垂直固定。

优选地，所述浮筒分段模块包括：支撑杆、挂钩、光纤传感器、重锤、渔网、浮筒分段模型、第一固定接头、第二固定接头和两个第三三分力仪，其中：光纤传感器布置在渔网上，重锤布置在渔网的底部，渔网挂在支撑杆上，支撑杆两端安装有挂钩；浮筒分段模型两端分别与第一固定接头和第二固定接头连接，第一固定接头与第一端部假体模块连接，第二固定接头与第二端部假体模块连接，两个第三三分力仪固定在浮筒分段模型的内部，其外侧分别安装在第一固定接头和第二固定接头上，内侧上安装挂钩。

优选地，所述第一滑动模块包括：第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、第一滑动轨道、第一支撑架，其中：第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连，第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块，第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并与第一固定模块相固接，第一支撑架上端用于与拖车固接，下端与第一滑动轨道固接，第一滑动轨道平行于拖曳水池池底并与第一固定模块垂直；所述第二滑动模块包括：第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道、第二支撑架，其中：第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连，第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块，第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上，并与第一固定模块相固接，第二支撑架上端用于与拖车固接，下端与第二滑动轨道固接，第二滑动轨道平行于拖曳水池池底并与第一固定模块垂直。

优选地，所述第一固定模块包括第一整流罩、第一垂直固定板和第一垂直固定块组成；所述第一垂直固定板安装在第一滑动模块中的第一滑块上，其上滑动安装有第一垂直固定块，两侧安装有第一整流罩；所述第一垂直固定块与第一端部假体模块中的第一调整组件固接；所述第二固定模块包括第二整流罩、第二垂直固定板和第二垂直固定块；所述第二垂直固定板安装在第二滑动模块中的第二滑块上，其上滑动安装有第二垂直固定块，两侧安装有第二整流罩；所述第二垂直固定块与第二端部假体模块中的第二调整组件固接。

优选地，所述测量分析控制模块包括：数据采集处理器、运动控制器和显示器，其中：数据采集处理器的输入端与所述第一端部假体模块的第一三分力仪和第二端部假体模块的第二三分力仪、浮筒分段模块中的两个第三三分力仪、以及光纤传感器相连接，其输出端与显示器相连接；运动控制器包括运动控制输出端口和图像显示端口，运动控制输出端口与上述第一滑动模块的第一动力组件相、第二滑动模块的第二动力组件相连接，图像显示端口与显示器相连接。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过在渔网上设置光纤传感器可以测出渔网局部的受力情况，通过在浮筒模块内侧设置三分力仪可以测出渔网整体的受力情况，通过在浮筒模块外侧设置三分力仪可以测出渔网和浮筒模块整体的受力情况，应用本发明进行系列实验，能得到不同流速下浮筒（含渔网）受力图谱，可以应用于FISHFARM模型的受力预报。本发明采用特殊的端部假体装置，解决了模型边界效应的问题。同时本发明采用的浮筒分段其尺寸与真实的FISHFARM浮筒分段相同，这样子在正常的拖车运动速度范围内，试验工况可以达到实KC数范围，有效地避免了尺度效应。

附图说明

图1是本发明提供的实验装置在拖车上的安装示意图；

图2是本发明提供的实验装置的结构示意图；

图3是本发明提供的实验装置的俯视图；

图4是本发明提供的浮筒分段模块的结构示意图；

图5是本发明提供的端部假体模块的结构示意图；

图6是本发明提供的固定模块的结构示意图；

图7是本发明提供的固定模块的侧视图；

图8是本发明提供的滑动模块的结构示意图；

图9是本发明提供的滑动模块的俯视图；

图10是本发明提供的测量分析控制模块的结构示意图；

图11是本发明提供的浮筒分段模块的内部结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本发明提供的所述实验装置包括：浮筒分段模块1、第一端部假体模块2、第二端部假体模块3、第一固定模块5、第二固定模块4、第一滑动模块6、第二滑动模块7和测量分析控制模块8，其中：浮筒分段模块1两端分别与第一端部假体模块2和第二端部假体模块3连接，第一固定模块5分别与第一端部假体模块2和第一滑动模块6连接，第二固定模块4分别与第二端部假体模块3和第二滑动模块7连接，第一滑动模块6与拖车9一端底部固定连接，第二滑动模块7与拖车9另一端底部固定连接，测量分析控制模块8设置于拖车9上，分别与浮筒分段模块1、第一端部假体模块2、第二端部假体模块3、第一滑动模块6、第二滑动模块7相连接。

如图2、图4和图11所示，所述浮筒分段模块1包括：支撑杆19、挂钩18、光纤传感器16、重锤15、渔网14、浮筒分段模型11、第一固定接头12、第二固定接头13和两个第三三分力仪17，其中：光纤传感器16布置在渔网14上，重锤15布置在渔网14的底部，渔网14挂在支撑杆19上，支撑杆19两端安装有挂钩18；浮筒分段模型11两端分别与第一固定接头12和第二固定接头13连接，第一固定接头12与第一端部假体模块2连接，第二固定接头13和第二端部假体模块3连接，两个第三三分力仪17固定在浮筒分段模型11的内部，其外侧分别安装在第一固定接头12和第二固定接头13上，内侧上安装挂钩18。

如图2和图5所示，所述第一端部假体模块2包括：第一假体外筒20、第一三分力仪21、第一三分力仪固定板22、第一楔块23、第一支座24、第一调整组件26、第一固定板27、第一垫板28、第一挡流板25，其中：第一假体外筒20与第一挡流板25固定，第一三分力仪21分别与浮筒分段模块1中的第一固定接头12、第二固定接头13和第一三分力仪固定板22相连，第一三分力仪固定板22一端与第一三分力仪21连接，另一端与第一楔块23固接，第一楔块23贯穿第一挡流板25，并在第一挡流板25内侧用第一支座24与第一挡流板25固接，第一挡流板25另一侧的第一楔块23与第一垫板28连接，第一固定板27通过第一垫板28与第一楔块23固接，第一调整组件26分别与第一固定板27和第一固定模块5固接；第一假体外筒20轴心线与档流板25平面的法线成一定夹角，第一三分力仪固定板22中心线及第一三分力仪21中心线均与第一假体外筒20轴心线重合，第一三分力仪21与第一楔块23斜侧面垂直固定；第二端部假体模块3与第一端部假体模块2是镜像对称结构，具体地，所述第二端部假体模块3包括：第二假体外筒、第二三分力仪、第二三分力仪固定板、第二楔块、第二支座、第二调整组件、第二固定板、第二垫板、第二挡流板，其中：第二假体外筒与第二挡流板固定，第二三分力仪分别与浮筒分段模块1中的第一固定接头12、第二固定接头13和第二三分力仪固定板相连，第二三分力仪固定板一端与第二三分力仪连接，另一端与第二楔块固接，第二楔块贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧用第二支座与第二挡流板固接，第二挡流板另一侧的第二楔块与第二垫板连接，第二固定板通过第二垫板与第二楔块固接，第二调整组件分别与第二固定板和第一固定模块5固接；第二假体外筒轴心线与档流板平面的法线成一定夹角，第二三分力仪固定板中心线及第二三分力仪中心线均与第二假体外筒轴心线重合，第二三分力仪与第二楔块斜侧面垂直固定。

如图2、图8和图9所示，所述第一滑动模块6包括：第一动力组件61、第一法兰装置62、第一滑块64、第一导链66、第一滑动轨道65、第一支撑架63，其中：第一动力组件61通过第一法兰装置62与第一滑动轨道65相连，第一动力组件61的旋转轴通过第一导链66连接至第一滑块64，第一滑块64滑动支撑在第一滑动轨道65上，并与第一固定模块5相固接，第一支撑架63上端与拖车9固接，下端与第一滑动轨道65固接，第一滑动轨道65平行于拖曳水池10池底并与第一固定模块5垂直。第二滑动模块7与第一滑动模块6是镜像对称结构，具体地，所述第二滑动模块7包括：第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道、第二支撑架，其中：第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连，第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块，第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上，并与第一固定模块5相固接，第二支撑架上端与拖车9固接，下端与第二滑动轨道固接，第二滑动轨道平行于拖曳水池10池底并与第一固定模块5垂直。

如图2、图6和图7所示，第一固定模块5包括第一整流罩50、第一垂直固定板51和第一垂直固定块52；所述第一垂直固定板51安装在第一滑动模块6中的第一滑块64上，其上滑动安装有第一垂直固定块52，两侧安装有第一整流罩50；所述第一垂直固定块52与第一端部假体模块2中的第一调整组件26固接。所述第二固定模块4与第一固定模块5成镜像对称结构，具体地，所述第二固定模块4包括第二整流罩、第二垂直固定板和第二垂直固定块；所述第二垂直固定板安装在第二滑动模块7中的第二滑块上，其上滑动安装有第二垂直固定块，两侧安装有第二整流罩；所述第二垂直固定块与第二端部假体模块3中的第二调整组件固接。

如图10所示，所述测量分析控制模块8包括：数据采集处理器81、运动控制器82和显示器83，其中：数据采集处理器81的输入端与所述第一端部假体模块2的第一三分力仪21和第二端部假体模块3的第二三分力仪、浮筒分段模块1里的两个第三三分力仪17、以及光纤传感器16相连接，其输出端与显示器83相连接；运动控制器82包括运动控制输出端口和图像显示端口，运动控制输出端口与第一滑动模块6的第一动力组件61、第二滑动模块7的第二动力组件相连接，图像显示端口与显示器83相连接。

工作原理：

试验时，由测量分析控制模块8中的运动控制器82向第一动力组件61、第二动力组件和拖车9发出运动指令：拖车9以一定速度在拖曳水池10中沿水平方向前行，在静水中前进获得相对速度，以模拟浮筒分段模型11静置于来流中的情形，拖车9速度应根据浮筒分段模型11的尺寸配合实际海况下的KC数合理选取；而第一动力组件61、第二动力组件带动浮筒分段模块1以设定的振幅和频率沿顺流方向在第一滑动轨道65和第二滑动轨道上做往复振动，以模拟局部分段受迫振动的情形。试验过程中，光纤传感器16测量渔网14的局部受力，浮筒分段模型11内的两个第三三分力仪17测量渔网14的整体受力，第一端部假体模块2、第二端部假体模块3内的两个三分力仪21测量浮筒分段11和渔网14的整体受力，并将数值传输到测量分析控制模块8中的数据采集处理器81，数据采集处理器81进而将数据传输到显示器83显示成可视数据。显示器83的另一个作用就是显示运动控制器82发出的控制指令。

本发明通过在渔网14上设置光纤传感器16可以测出渔网14局部的受力情况，通过在浮筒分段模型11内侧设置第三三分力仪17可以测出渔网14整体的受力情况，通过在浮筒分段模型11外侧设置第一三分力仪21和第二三分力仪可以测出渔网14和浮筒分段模型11整体的受力情况，应用本发明进行系列实验，能得到不同流速下浮筒（含渔网）受力图谱，可以应用于FISHFARM模型的受力预报。本发明采用特殊的端部假体装置，解决了模型边界效应的问题。同时本发明采用的浮筒分段其尺寸与真实的FISHFARM浮筒分段相同，这样子在正常的拖车9运动速度范围内，试验工况可以达到实KC数范围，有效地避免了尺度效应。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，其特征在于，包括浮筒分段模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一固定模块、第二固定模块、第一滑动模块、第二滑动模块和测量分析控制模块，其中：浮筒分段模块两端分别与第一端部假体模块和第二端部假体模块连接，第一固定模块分别与第一端部假体和第一滑动模块连接，第二固定模块分别与第二端部假体和第二滑动模块连接，第一滑动模块用于与拖车一端底部固定连接，第二滑动模块用于与拖车另一端底部固定连接，测量分析控制模块设置于拖车上，分别与浮筒分段模块、第一端部假体模块、第二端部假体模块、第一滑动模块、第二滑动模块相连接。

2.如权利要求1所述的斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，其特征在于，所述第一端部假体模块包括：第一假体外筒、第一三分力仪、第一三分力仪固定板、第一楔块、第一支座、第一调整组件、第一固定板、第一垫板、第一挡流板，其中：第一假体外筒与第一挡流板固定，第一三分力仪分别与浮筒分段模块中的第一固定接头、第二固定接头和第一三分力仪固定板相连，第一三分力仪固定板一端与第一三分力仪连接，另一端与第一楔块固接，第一楔块贯穿第一挡流板，并在第一挡流板内侧用第一支座与第一挡流板固接，第一挡流板另一侧的第一楔块与第一垫板连接，第一固定板通过第一垫板与第一楔块固接，第一调整组件分别与第一固定板和第一固定模块固接；第一假体外筒轴心线与档流板平面的法线成一定夹角，第一三分力仪固定板中心线及第一三分力仪中心线均与第一假体外筒轴心线重合，第一三分力仪与第一楔块斜侧面垂直固定；所述第二端部假体模块包括：第二假体外筒、第二三分力仪、第二三分力仪固定板、第二楔块、第二支座、第二调整组件、第二固定板、第二垫板、第二挡流板，其中：第二假体外筒与第二挡流板固定，第二三分力仪分别与浮筒分段模块中的第一固定接头、第二固定接头和第二三分力仪固定板相连，第二三分力仪固定板一端与第二三分力仪连接，另一端与第二楔块固接，第二楔块贯穿第二挡流板，并在第二挡流板内侧用第二支座与第二挡流板固接，第二挡流板另一侧的第二楔块与第二垫板连接，第二固定板通过第二垫板与第二楔块固接，第二调整组件分别与第二固定板和第一固定模块固接；第二假体外筒轴心线与档流板平面的法线成一定夹角，第二三分力仪固定板中心线及第二三分力仪中心线均与第二假体外筒轴心线重合，第二三分力仪与第二楔块斜侧面垂直固定。

3.如权利要求1所述的斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，其特征在于，所述浮筒分段模块包括：支撑杆、挂钩、光纤传感器、重锤、渔网、浮筒分段模型、第一固定接头、第二固定接头和两个第三三分力仪，其中：光纤传感器布置在渔网上，重锤布置在渔网的底部，渔网挂在支撑杆上，支撑杆两端安装有挂钩；浮筒分段模型两端分别与第一固定接头和第二固定接头连接，第一固定接头与第一端部假体模块连接，第二固定接头与第二端部假体模块连接，两个第三三分力仪固定在浮筒分段模型的内部，其外侧分别安装在第一固定接头和第二固定接头上，内侧上安装挂钩。

4.如权利要求1或2所述的斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，其特征在于，所述第一滑动模块包括：第一动力组件、第一法兰装置、第一滑块、第一导链、第一滑动轨道、第一支撑架，其中：第一动力组件通过第一法兰装置与第一滑动轨道相连，第一动力组件的旋转轴通过第一导链连接至第一滑块，第一滑块滑动支撑在第一滑动轨道上，并与第一固定模块相固接，第一支撑架上端用于与拖车固接，下端与第一滑动轨道固接，第一滑动轨道与第一固定模块垂直；所述第二滑动模块包括：第二动力组件、第二法兰装置、第二滑块、第二导链、第二滑动轨道、第二支撑架，其中：第二动力组件通过第二法兰装置与第二滑动轨道相连，第二动力组件的旋转轴通过第二导链连接至第二滑块，第二滑块滑动支撑在第二滑动轨道上，并与第一固定模块相固接，第二支撑架上端用于与拖车固接，下端与第二滑动轨道固接，第二滑动轨道与第一固定模块垂直。

5.如权利要求1或2所述的斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，其特征在于，所述第一固定模块包括第一整流罩、第一垂直固定板和第一垂直固定块组成；所述第一垂直固定板安装在第一滑动模块中的第一滑块上，其上滑动安装有第一垂直固定块，两侧安装有第一整流罩；所述第一垂直固定块与第一端部假体模块中的第一调整组件固接；所述第二固定模块包括第二整流罩、第二垂直固定板和第二垂直固定块；所述第二垂直固定板安装在第二滑动模块中的第二滑块上，其上滑动安装有第二垂直固定块，两侧安装有第二整流罩；所述第二垂直固定块与第二端部假体模块中的第二调整组件固接。

6.如权利要求1或2所述的斜向均匀流作用下的FISHFARM浮筒分段模型水平强迫振动实验装置，其特征在于，所述测量分析控制模块包括：数据采集处理器、运动控制器和显示器，其中：数据采集处理器的输入端与所述第一端部假体模块的第一三分力仪和第二端部假体模块的第二三分力仪、浮筒分段模块中的两个第三三分力仪、以及光纤传感器相连接，其输出端与显示器相连接；运动控制器包括运动控制输出端口和图像显示端口，运动控制输出端口与上述第一滑动模块的第一动力组件、第二滑动模块的第二动力组件相连接，图像显示端口与显示器相连接。

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