CN102353493B

CN102353493B - 缆索水阻尼测试仪

Info

Publication number: CN102353493B
Application number: CN 201110193975
Authority: CN
Inventors: 李林安; 周改丽; 雷震名; 李水娇; 王世斌
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin Dingsheng Technology Development Co ltd; Yangzhong Guanjie Technology Innovation Co ltd
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: CN102353493A

Abstract

本发明公开了一种缆索水阻尼测试仪，包括支撑框架、水槽、缆索夹持装置、缆索变速驱动装置、测速单元和测力单元；所述支撑框架上设有轨道；所述缆索夹持装置包括承载车和夹持悬臂；所述缆索变速驱动装置包括动力单元和传动机构；所述测速单元包括一轮绳传动结构、一光电编码器、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述测力单元包括电阻应变片，电阻应变片连接形成一半桥或一全桥电路，所述的半桥或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统。本发明可解决不同直径的柔性且轴向受力变形大的系缆的固定问题，并且可解决与来流方向一致或垂直于来流方向的作用力对缆索的不同影响的问题，为深海系缆的进一步研究提供了基础。

Description

缆索水阻尼测试仪

技术领域

本发明涉及一种大型海洋工程结构物缆索力学性能研究，尤其涉及一种缆索水阻尼测试仪。

背景技术

建立石油储备，确保石油安全，开发海洋油气资源已成为我国的一大发展目标，重点在建设储运设施。海上浮式储油系统因其具有不占陆地面积的优点而作为优先考虑的储备方式。数条储油船由系缆桩、橡胶护弦组成的系泊系统并列靠泊，因此，系泊系统的可靠性成了最为关注的问题。

随着生产和开发的逐渐向深海发展，选择一种性能强，经济效益高的系泊材料成为一个日益突出的问题。对于FPSO、SPAR这类巨型海上结构物，其系泊系统的设计非常复杂，尤其是随着油气资源的开发越来越转往深水和超深水，深水系泊技术的研究也越来越具有挑战性。

老式的用钢链和钢缆组成的悬链式系泊系统通常只适用于1千米内的水深，当水深超过1千米后，不仅造价极高，而且带给结构物额外的巨大重量，由于系统提供的回复刚度随水深的增大而降低，致使结构物在极端气象条件下产生较大的水平偏移。近年来，新型系泊方法、新型材料的系缆和新型系泊基础的开发等成为国际范围深水系泊技术研究的焦点和热点。在新材料系缆的研发方面，主要集中在高性能人工合成纤维材料，包括聚酯、芬芳聚酰胺、高模量聚乙烯、尼龙等，研究他们在不同编织结构下的力学和化学性能。

深水系泊与浅水系泊相比具有载荷大、长度长、质量大、海洋气候复杂等特征，而系缆作为深水系泊主要的传力机构，承受着海水的冲击和海面巨型结构物运动引起的交变载荷的长期作用，因此研究纤维系缆的力学特性在深水系泊结构的应用中起着至关重要的作用。

研究纤维系缆的力学特性的技术是一项具有广泛前景的技术。在上世纪七、八十年代开始出现一些专门针对系缆力学性能的研究和规范。

黏性流体绕物体流动时，物体一定受到流体的压强和切向应力的作用，这些力的合力一般可分解为与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力。绕流物体的阻力由两部分组成：一部分是由于流体的粘性在物体表面上的作用着的切向应力，由此切向应力所形成的摩擦阻力；另一部分是由于边界层分离，物体前后形成压强差而产生的压差阻力。摩擦阻力与压差阻力之和统称为物体阻力。对于圆柱体和球体等钝头体，压差阻力比摩擦阻力要大得多；而流体纵向流过平板时一般只有摩擦阻力。虽然物体阻力形成过程，从物理观点看完全清楚，但是要从理论上来确定一个任意形状物体的阻力，目前还只能在风洞中用实验方法测得。

通过大量实验得到的经验公式：单位长度的物体所受到的阻力为因此，在水阻尼实验中需要对来流速度U及缆绳试件在来流冲击下所受阻力D进行实时测试。同时根据深海系缆实际工况，应考虑不同流速、不同角度下深海水对系缆的冲击作用。此外，由于温度对系缆性能有重要影响，需考虑不同温度下系缆的水阻尼特性。

通过实验获得缆绳的力学性能存在以下问题：

（1）由于技术及实验空间的限制，模拟海洋环境不同流速的海水流动难度太大。但是必须对缆绳的工作环境给予考虑，因为系缆因在深海中其周围环境对其有重大影响。

（2）系缆属于柔性试件，不宜固定，且轴向受力变形大。

（3）要考虑缆绳在不同角度所受阻力。在缆绳运行过程中要考虑与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力，在不同角度与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力所占比例不同。

（4）缆绳在水中应有固定的运行轨道，以消除缆绳因运行轨道不同带来的干扰。

（5）需要考虑在不同温度下系缆的阻尼特性，因为在不同的温度下，系缆的某些材料力学特性不同，且温度对缆绳的编制结构也有一定影响。

关于系缆的水阻尼特性研究，国内尚没有查阅到相关文献，国外相关研究正在进行中。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种缆索水阻尼测试仪。本发明依托系缆水阻尼实验平台模拟海洋环境，测量系缆在水中运动速度及系缆所受阻尼力。其中，利用一水槽模拟海洋水环境。并通过模拟海洋中系缆受洋流冲击的力学模型实现系缆在海洋中所受的阻尼力的测量。本发明可解决不同直径的柔性且轴向受力变形大的系缆的固定问题，并且可解决与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力对缆索的不同影响的问题，为深海系缆的进一步研究提供了基础。

为了解决上述技术问题，本发明缆索水阻尼测试仪予以实现的技术方案是：包括支撑框架、水槽、缆索夹持装置、缆索变速驱动装置、测速单元和测力单元；所述支撑框架的上方设有轨道，所述轨道包括水平段和下坡段；所述缆索夹持装置包括承载车，所述承载车由主体、固定结构和车轮构成，所述主体呈“H”型框架，所述车轮设置在该“H”形框架的四个端部，“H”型框架中间横梁的中间位置上固定有一圆形分度盘部件，所述固定结构是两个设置在所述中间横梁两侧、且与所述中间横梁平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆；所述圆形分度盘部件由分度盘和与所述分度盘中心固定的支撑梁构成，所述分度盘的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁的两端为悬臂；所述“H”型框架的中间横梁上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘上圆孔的分度圆直径相等；所述支撑梁的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂，每个夹持悬臂的底端设有夹头，所述夹头由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成；所述承载车的中间横梁上设有一手动弹起块，所述手动弹起块通过一销轴与焊接在所述中间横梁上的一固定块连接，所述手动弹起块与所述固定块之间设有一用来借助外力将手动弹起块弹起的拉簧；所述缆索变速驱动装置包括动力单元和传动机构，所述动力单元包括变频电机和变频器；所述传动机构采用链轮/链条传动机构；所述变频电机将动力传递给所述链轮/链条传动机构中的链轮，所述链轮/链条传动机构中的链条上固定一撞块；所述测速单元包括一轮绳传动结构、一光电编码器、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述轮绳传动结构包括设置在所述支撑框架上的多个传动滑轮；所述光电编码器的输入端由两个转动轮构成，所述两个转动轮与所述轮绳传动结构中的一个传动滑轮形成一中间轮绳传动结构，所述轮绳传动结构与所述中间轮绳传动结构之中包括一共用传动滑轮；所述光电编码器与所述数据采集系统电路板连接，所述数据采集系统电路板与所述第一计算机系统连接；所述测力单元包括多个设置在所述缆索夹持装置中的夹持悬臂顶端部位的电阻应变片，多个电阻应变片连接后形成一半桥电路或一全桥电路，所述的半桥电路或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统；所述承载车通过车轮安装在所述轨道上，所述缆索夹持装置中夹持悬臂的夹头位于所述水槽中，所述轮绳传动结构中的传动滑轮的个数为六个，所述六个传动滑轮均布置在支撑框架的同一侧面，所述承载车上位于与所述传动滑轮同侧的两个车轮与所述轮绳传动结构中的传动绳固定；所述承载车在所述轨道的水平段内运行时，所述撞块和弹起的手动弹起块接触，当承载车在所述轨道的下坡段内运行时，所述撞块和弹起的手动弹起块脱离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）由于本发明中的夹头内口呈弧形夹片设计，实现了对柔性系缆的夹持，综合考虑了系缆的轴向受力，且实现了对不同直径的系缆的夹持，其可夹持直径为10-35mm的系缆，且固定可靠。

（2）本发明中的圆形分度盘部件实现了缆索在深海中受到来流的多角度的冲击模拟，采用该分度盘使得系缆的冲击角度可为0-90°，并按照30°的调整单位。

（3）本发明中的承载车采用铝材料且设计成可拆卸架式结构，既满足了强度要求，又能使其质量轻，利于实验测量，减小误差；承载车的四个车轮中装入轴承，减小了承载车在水阻尼测试系统的轨道运行中的阻力。

（4）利用本发明可以通过调整海水的密度，含沙量，海水温度，在实验室模拟系缆在不同的海洋水环境中的特性。海水盐度范围在0.08-33.446内可调，平均含沙量可达0.1-0.2kg/m³，海水温度在0-25°可调。

（5）利用本发明测试过程中，链条上的撞块推动承载车上的弹起块，从而带动承载车在轨道上运行，通过变频电机达到调整承载车的速度，得到不同的水流速度对承载车上缆索的冲击力。

（6）利用本发明通过测试5-35不同直径的系缆在水的冲击下的力学性质，得出水环境中系缆的直径的与系缆所受的阻尼力的关系、海洋环境对系缆的水阻尼特性。

附图说明

图1是本发明缆索水阻尼测试仪设计框图；

图2是本发明缆索水阻尼测试仪结构简图；

图3是本发明中缆索夹持装置的结构示意简图；

图4是图3中所示承载车的结构示意简图；

图5是图3中所示圆形分度盘部件的结构示意简图；

图6是图3中所示夹持悬臂的结构示意简图；

图7是图6所述夹持悬臂上电阻应变片的位置示意图；

图8是本发明中缆索变速驱动装置的主视图；

图9是图8所示缆索变速驱动装置的俯视图；

图10是图8中所示链轮张紧结构示意图；

图11是图8所示缆索变速驱动装置左部分左上视角的立体结构示意图；

图12是本发明缆索水阻尼测试仪的左部分左上视角的立体结构示意图；

图13是本发明中弹起块的结构示意简图；

图14是本发明中撞块的结构示意简图；

图15是利用本发明进行缆索水阻尼测试得到的阻尼力-速度曲线图；

图16是利用本发明进行缆索水阻尼测试得到的阻尼力-雷诺数曲线图；

图17是利用本发明进行缆索水阻尼测试得到的雷诺数-阻尼力系数曲线图。

图中：

100——支撑框架 200——水槽 300——轨道

400——缆索夹持装置 410——承载车 420——圆形分度盘部件

430——夹持悬臂 411——主体 412——固定杆

413——车轮 414——中间横梁 421——分度盘

422——支撑梁 431——夹头 432——螺栓

440——手动弹起块 442——固定块 443——拉簧

500——缆索变速驱动装置 520——传动机构 530——变频机构

600——测速单元 641——轮绳传动结构642——光电编码器

643——中间轮绳传动结构 611——传动滑轮 700——测力单元

710——电阻应变片

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明缆索水阻尼测试仪的设计框架是包括支撑框架100、水槽200、缆索夹持装置400、缆索变速驱动装置500、由测速单元600和测力单元700构成一测试系统，主要由轮绳传动机构、光电编码器、数据采集系统电路板（图中未画出）、电阻应变片、传感器和两台计算机系统（图中未画出）等组成，可以测试系缆在水环境中运动时的速度及阻尼力。

如图2所示，所述支撑框架100的上方设有轨道300，所述轨道300包括水平段和下坡段；所述支撑框架100上在位于所述轨道300下波段的尽头处设有一缓冲减震结构。所述水槽200中设有温度传感器。

如图3所示，所述缆索夹持装置400包括承载车410，所述承载车410由主体411、固定结构和车轮413构成，如图4所示，所述主体411呈“H”型框架，所述车轮413设置在该“H”形框架的四个端部，“H”型框架中间横梁414的中间位置上固定有一圆形分度盘部件420，所述固定结构是两个设置在所述中间横梁414两侧、且与所述中间横梁414平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆415；如图5所示，所述圆形分度盘部件420由分度盘421和与所述分度盘中心固定的支撑梁422构成，所述分度盘421的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁422的两端为悬臂，所述“H”型框架的中间横梁414上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘421上圆孔的分度圆直径相等；所述支撑梁422的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂430，夹持悬臂采用根部矩形小截面，中部等强度截面设计。如图6所示，每个夹持悬臂430的底端设有夹头431，所述夹头431由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成，如图6所示，所述夹头431的两个夹片之间由四个螺栓连接，两个夹片之间的距离通过螺栓调节，所述夹头31的弧形夹片设计，实现了对柔性系缆的夹持，并综合考虑了系缆的轴向受力，从而可实现对不同直径的系缆的夹持，其可夹持直径为10-35mm的系缆，且固定可靠。所述圆形分度盘部件420中的支撑梁422与所述“H”型框架的中间横梁414之间的夹角是可调的，可实现按照30°的倍数调整，通过分度盘旋转不同角度，能实现缆索与运动方向夹角的变化，从而可以实现缆索在深海中受到来流的多角度的冲击模拟，采用该分度盘使得系缆的冲击角度可为0-90°，并按照30°的调整单位进行两者之间夹角的调整。所述承载车410采用铝材制造，其中的“H”型框架为可拆卸结构，固定在所述“H”型框架上的固定杆为可拆卸结构，既可以满足强度要求，又能使其质量轻，利于实验测量，减小测试误差。所述车轮413的轮轴处设有轴承，可以减小承载车10在水阻尼测试系统的轨道运行中的阻力。

所述承载车410的中间横梁414上设有一手动弹起块440，如图13所示，所述手动弹起块440通过一销轴441与焊接在所述中间横梁414上的一固定块442连接，所述手动弹起块440与所述固定块442之间设有一用来借助外力将手动弹起块440弹起的拉簧443。

如图8所示，所述缆索变速驱动装置500包括动力单元530和传动机构520，所述动力单元530包括变频电机和变频器；所述传动机构520采用链轮/链条传动机构；所述变频电机将动力传递给所述链轮/链条传动机构中的链轮，所述链轮/链条传动机构中设有一张紧支撑中间链轮，防止链条下垂；如图11所示，所述链轮/链条传动机构设有链条张紧结构521，由于链条属于柔性件，长链条易发生弯曲，产生弯曲挠度，不利于链条的稳定运行，因此，利用该链条张紧结构可以起到链条预紧调节的作用，本发明中的链条张紧结构通过调节预紧调节从动链轮轮轴的水平位置，实现链条的预紧，如图10所示，所述链条张紧结构521由底座和固定在从动链轮轮轴上的张紧器构成，所述底座固定在支撑框架100上，所述张紧器由设置在从动链轮轮轴上的轴承支座及与所述轴承支座连接的正、反旋向螺纹杆构成，通过旋转螺纹杆调节链轮/链条传动机构中两个链轮的中心距。所述链轮/链条传动机构中的链条上固定一撞块510，如图14所示，所述撞块510的中间设有沟槽，将该撞块510安装到链条上，链条嵌在撞块510中间的沟槽中，不影响链条的传动。

如图8所示，所述测速单元600包括一轮绳传动结构641、一光电编码器642、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述轮绳传动结构641包括设置所述支撑框架100上的多个传动滑轮611；所述光电编码器642的输入端由两个转动轮构成，所述两个转动轮与所述轮绳传动结构641中的一个传动滑轮611形成一中间轮绳传动结构643，所述轮绳传动结构641与所述中间轮绳传动结构643之中包括一共用传动滑轮；所述光电编码器642与所述数据采集系统电路板连接，所述数据采集系统电路板与所述第一计算机系统连接；本发明中利用轮绳传动结构、光电编码器和数据采集系统电路板配合计算机系统实时跟踪测量系缆在水环境中的实际运动速度。

如图7所示，所述测力单元700包括多个设置在所述缆索夹持装置400中的夹持悬臂430顶端部位的电阻应变片710，多个电阻应变片连接后形成一半桥电路或一全桥电路，所述的半桥电路或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统；所述传感器可以采用无线式，便于测试中使用，因此所述传感器与所述第二计算机系统的连接可以是通过有线或无线方式。

本发明缆索水阻尼测试仪的工作原理是：在水槽200中注入适量水以模拟海洋水环境，将系缆绳固定在夹持悬臂装置400中的两个夹头431中，夹持悬臂430紧固在铝制承载车410上，开启控制面板，变频电机及变频器，链轮及链条开始加速，通过控制承载车410在运行轨道300上的运动速度来控制系缆绳相对于水的速度，以此建立系缆在深海中受洋流冲击的力学模型。通过控制变频电机与变频器以实现系缆绳运行速度连续可调，同时，同步跟踪承载车运动，用光电编码器进行运动速度测试。在夹持悬臂顶部粘贴有电阻应变片，运用无线或有线传感技术将应变信号传输到计算机采集系统上，实现系缆阻尼力的测试。

本发明中缆索夹持装置400的组装是：先将圆形分度盘部件中的支撑梁422与夹持悬臂430通过螺纹连接结构紧密地连接起来；因为，夹持悬臂430是作为悬臂梁来进行测试的，所以应与相当于固定端的支撑梁连接牢固。将系缆卡在夹持悬臂430下端的夹头431的两夹片中，通过调整两夹片之间的四个螺栓将缆索固定住；将系缆安装在夹持悬臂430的下端时，应注意两夹持悬臂430同时紧固，保证两夹持悬臂430对系缆的夹持程度相同。将连接在一起的圆形分度盘部件420、夹持悬臂430与系缆再与放置在轨道100上的承载车410固连，即：按照测试中对缆索与运动方向夹角的要求，将承载车410的中间横梁414上的一对定位孔与所述圆形分度盘部件420中的分度盘421上的一对圆孔对正，用螺栓固定，再将分度盘421的中心孔与中间横梁414的中间孔对正，用螺栓固定。

如图8和图12所示，所述承载车410通过车轮413安装在所述轨道300上，所述缆索夹持装置400中夹持悬臂430的夹头431位于所述水槽200中，所述轮绳传动结构641中的传动滑轮611的个数为六个，所述六个传动滑轮611均布置在支撑框架100的同一侧面，所述承载车410上位于与所述传动滑轮同侧的两个车轮413与所述轮绳传动结构641中的传动绳固定；设置有多个传动滑轮611是因为若传动滑轮611的个数少（如是3个）则在缆索承载车410运动过程中，其传动绳的震动会比较大，对速度采集影响较大，而采用多个传动滑轮，其中的一、两滑轮设置在传动绳的外侧，该滑轮既是传动滑轮又是张紧滑轮，从而起到张紧传动绳的作用，以有效的防止传动绳的下垂，不然会产生较大的测试误差。当承载车410在所述轨道300的水平段内运行时，所述撞块510和弹起的手动弹起块440接触，当承载车410在所述轨道300的下坡段内运行时，所述撞块510和弹起的手动弹起块440脱离。在缆索夹持装置运行的过程中通过计算机系统记录下系缆在水槽模拟的水环境中的运行速度及所受的阻尼力。

本发明缆索水阻尼测试仪具有以下特点：（1）运动是相对的，所以采取缆绳运动水静止等效代替实际中的水动缆绳静止；（2）在有限的实验条件下实现了较高的相对速度，0-4m/s；（2）旋转编码系统测速度，悬臂梁系统测阻尼力，进而测得缆绳的阻尼力。（4）采用无线应变测量，更准确简单。

本发明缆索水阻尼测试仪的动力传递的过程是：将上述组装好的缆索夹持装置的承载车410安装到轨道上，并在链条上装配撞块；通过调节链条张紧结构使得链条预紧，以尽量减小链条弯曲。启动运行电机，当链条起速至匀速后，手动将缆索承载车上的弹起块弹起，链条继续运行，当链条上的撞块与弹起块碰撞接触后，撞块推动缆索承载车100一起匀速运动，即：采用链轮/链条传动机构以实现高速链条的运动，通过高速链条的运动带动系缆承载车410的运动，进而实现系缆的运动，承载车410经过水平的实验段后，缆索承载车100进入轨道的下坡端，弹起块101与撞块202分离，缆索承载车100进入减速阶段，最终停靠静止在轨道下坡段的尽头。

利用本发明缆索水阻尼测试仪的试验步骤如下：

步骤一、在水槽200中注入适量的水，将贴有电阻应变片的夹持悬臂430安装在承载车410上，并将试件缆索固定在夹持悬臂430的夹头431上，并通过圆形分度盘部件调整测试角度。

步骤二、调好仪器，启动计算机系统中的测速及测力的检测软件，进入待测状态。

步骤三、设定变频器频率，点击控制面板上的“运行”按钮，开始对高速链条及链条上的撞块进行加速。待链条匀速后，抬起手动弹起块，与此同时，测速及测力的检测软件进入测试状态。

步骤四、撞块推动承载车在轨道上匀速运动，由光电编码器测出轮绳传动机构中滑轮组上传动（测速）绳的速度，得到承载车的运行速度；（无线或有线）传感器测得夹持悬臂上的电阻应变片的应变信号，通过计算得到缆索所受阻尼力。承载车经过轨道上的实验水平段后进入减速下坡段，撞块与弹起块脱离，承载车与安装在下坡段尽头的弹簧减速器碰撞，并最终停止。

以直径为16mm的丙纶绳的水阻尼特性实验为例，从实验测得数据分析，得到阻尼力与来流速度曲线图，此结论与经典圆柱绕流理论解相吻合。由此根据公式求得各阻尼力所对应的阻尼系数，并得到雷诺数-阻尼系数相关曲线，此曲线与经典圆柱绕流中圆柱阻力系数随雷诺数变化相同。

多次重复进行实验，根据统计规律进行实验数据处理，将统计实验数据所得到的各频率下得数据列于表1。

表1速度与应变测试数据

变频器频率

实测速度v

初应变ε₁

末应变ε₂

实测应变ε

5	0.270	10.4	12.3	0.95
					10	0.543	35.8	43.2	3.7
15	0.828	52.2	70.2	9.0
					20	1.123	64.7	94.3	14.8
25	1.390	120.4	170.5	25.05

由σ=Eε，σ_max=M/W_z

其中W_z=I_z/y_max，对矩形截面（高h，宽b），W_z=bh²/6=1.33×10^-6m³，M=F_d×L_F，F_d为阻力，L_F=0.4m为缆绳中心与应变计的距离夹持悬臂为铝材质，E=68Gpa，G=26Gpa

根据以上公式可计算得缆索在不同速度下的阻尼力，结果列于表2，

表2各速度下阻尼力大小

阻尼力-速度速关系如图15所示。阻尼力-雷诺数关系如图16所示，雷诺数-阻尼力系数关系如图17所示。

由公式

可算出对应来流速度下缆绳阻力系数C_D的值。

从以上实验测得数据分析，得到阻尼力与来流速度曲线图，曲线中阻尼力正比于来流速度的平方，即D∝U²，此结论与经典圆柱绕流理论解相吻合。由此根据公式求得各阻尼力所对应的阻尼系数，并得到雷诺数-阻尼系数相关曲线，此曲线与经典圆柱绕流中圆柱阻力系数随雷诺数变化相同，即在较高的雷诺数下（Re=100-3×10⁵），C_D几乎不随Re而变化，在本实验中雷诺数Re为4000-24000，所得C_D介于1-1.1之间，且变化不大，可近似认为C_D为常数。

实验结束，关闭各测试仪器并整理好实验设备，处理实验数据。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种缆索水阻尼测试仪，包括支撑框架（100）和水槽（200），其特征在于：所述支撑框架（100）的上方设有轨道（300），所述轨道（300）包括水平段和下坡段；还包括缆索夹持装置（400）、缆索变速驱动装置（500）、测速单元（600）和测力单元（700）；

所述缆索夹持装置（400）包括承载车（410），所述承载车（410）由主体（411）、固定结构和车轮（413）构成，所述主体（411）呈“H”型框架，所述车轮（413）设置在该“H”形框架的四个端部，“H”型框架中间横梁（414）的中间位置上固定有一圆形分度盘部件（420），所述固定结构是两个设置在所述中间横梁（414）两侧、且与所述中间横梁（414）平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆（415）；所述圆形分度盘部件（420）由分度盘（421）和与所述分度盘中心固定的支撑梁（422）构成，所述分度盘（421）的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁（422）的两端为悬臂；所述“H”型框架的中间横梁（414）上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘（421）上圆孔的分度圆直径相等；所述支撑梁（422）的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂（430），每个夹持悬臂（430）的底端设有夹头（431），所述夹头（431）由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成；所述承载车（410）的中间横梁（414）上设有一手动弹起块（440），所述手动弹起块（440）通过一销轴（441）与焊接在所述中间横梁（414）上的一固定块（442）连接，所述手动弹起块（440）与所述固定块（442）之间设有一用来借助外力将手动弹起块（440）弹起的拉簧（443）；

所述缆索变速驱动装置（500）包括动力单元（530）和传动机构（520），所述动力单元（530）包括变频电机和变频器；所述传动机构（520）采用链轮/链条传动机构；所述变频电机将动力传递给所述链轮/链条传动机构中的链轮，所述链轮/链条传动机构中的链条上固定一撞块（510）；

所述测速单元（600）包括一轮绳传动结构（641）、一光电编码器（642）、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述轮绳传动结构（641）包括设置所述支撑框架（100）上的多个传动滑轮（611）；所述光电编码器（642）的输入端由两个转动轮构成，所述两个转动轮与所述轮绳传动结构（641）中的一个传动滑轮（611）形成一中间轮绳传动结构（643），所述轮绳传动结构（641）与所述中间轮绳传动结构（643）之中包括一共用传动滑轮；所述光电编码器（642）与所述数据采集系统电路板连接，所述数据采集系统电路板与所述第一计算机系统连接；

所述测力单元（700）包括多个设置在所述缆索夹持装置（400）中的夹持悬臂（430）顶端部位的电阻应变片（710），多个电阻应变片连接后形成一半桥电路或一全桥电路，所述的半桥电路或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统；

所述承载车（410）通过车轮（413）安装在所述轨道（300），所述缆索夹持装置（400）中夹持悬臂（430）的夹头（431）位于所述水槽（200）中，所述轮绳传动结构（641）中的传动滑轮（611）的个数为六个，所述六个传动滑轮（611）均布置在支撑框架（100）的同一侧面，所述承载车（410）上位于与所述传动滑轮同侧的两个车轮（413）与所述轮绳传动结构（641）中的传动绳固定；所述承载车（410）当承载车（410）在所述轨道（300）的水平段内运行时，所述撞块（510）和弹起的手动弹起块（440）接触，当承载车（410）在所述轨道（300）的下坡段内运行时，所述撞块（510）和弹起的手动弹起块（440）脱离。

2.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试仪，其特征在于：所述链轮/链条传动机构中设有一张紧支撑中间链轮。

3.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试仪，其特征在于：所述支撑框架（100）上在位于所述轨道（300）下坡段的尽头处设有一缓冲减震结构，该缓冲减震结构为弹簧减速器。

4.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试仪，其特征在于：所述缆索夹持装置（400）中，所述夹头（431）的两个夹片之间由四个螺栓连接，两个夹片之间的距离通过螺栓调节；所述圆形分度盘部件（420）中的支撑梁（422）与所述“H”型框架的中间横梁（414）之间的夹角是可调的，可实现按照30°的倍数调整；所述承载车（410）采用铝材制造，其中的“H”型框架为可拆卸结构，固定在所述“H”型框架上的固定杆为可拆卸结构；所述车轮（413）的轮轴处设有轴承。

5.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试仪，其特征在于：所述链轮/链条传动机构设有链条张紧结构（521），所述链条张紧结构（521）由底座和固定在从动链轮轮轴上的张紧器构成，所述底座固定在支撑框架（100）上，所述张紧器由设置在从动链轮轮轴上的轴承支座及与所述轴承支座连接的正、反旋向螺纹杆构成，通过旋转螺纹杆调节链轮/链条传动机构中两个链轮的中心距。

6.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试仪，其特征在于：所述水槽（200）中设有温度传感器。