CN110207948B - 一种大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋船舶设备制造技术领域，具体地说，是一种大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，包括空间位置调整机构、线性运动限制机构、旋转运动限制机构，空间位置调整机构通过滚轮安装在轨道上，线性运动限制机构通过连杆连接在空间位置调整机构的门架上，旋转运动限制机构通过上部连接杆连接在线性运动限制机构的横向滑块机构上。本发明可以在对大尺度海洋结构物约束极小的情况下，能够同时测量出大尺度海洋结构物在任意波浪参数下的刚体运动和弹性变形运动，并可以根据实验需要，任意限制大尺度海洋结构物六个刚体位移中的一个或多个，并同时保证余下自由度运动不受影响。

Description

一种大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置

技术领域

本发明属于海洋船舶设备制造技术领域，具体地说，是一种大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置。

背景技术

大尺度海洋浮式结构物（如：超大型海上生活平台、极地大尺度浮冰层等），在波浪作用下会产生两种性质的运动，即：刚体运动和弹性变形。刚体运动包含六个自由度，可分为两种形式，即：线位移和角位移。若以大尺度浮式结构物中心为原点建立坐标系，则线位移可表示为沿X轴、Y轴和Z轴方向的平移运动，分别称为横荡、纵荡和垂荡；旋转运动可表示为以X轴、Y轴和Z轴为转轴的定轴转动，分别称为横摇、纵摇和艏摇。大尺度浮式结构物在任意波浪参数下的刚体运动都是以上述六种运动的叠加。弹性变形是指大尺度浮式结构物在受到外载荷时，由于自身具有的弹性特性，而产生的可恢复性变形。对于大尺度，特别是超大尺度海洋浮式结构物，其产生的弹性变形量较大，已经到了肉眼可以观察的程度。尤其是，在研究波浪经极地冰区传播问题时，只有考虑冰层的弯曲变形才能得到合理的分析结果。

在船舶与海洋结构物水池模型试验中，对浮式结构物运动的测量一般需要借助适航仪来完成。但是，现有适航仪一般最多为五自由度，即无法合理测量艏摇自由度。同时，现有适航仪很难根据试验要求测量所需自由度，并同时限制余下自由度对试验的影响，在使用上有一定的局限性。随着模型试验测量技术的发展和试验测量要求的不断提高，特别是近年逐渐发展起来的超大型海上浮式平台和极地冰区水动力学，迫切需要一种更加灵活的，并能够实现艏摇运动测量的新型水池适航仪。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明披露了一种大尺度海洋结构物刚体运动和弹性变形水池试验装置，在对大尺度结构物约束极小的情况下，能够同时测量出大尺度结构物在任意波浪参数下的刚体运动和弹性变形，并可以根据试验需要任意限制大尺度结构物的六个自由度中的一个或多个，并同时保证余下自由度不受影响。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种大尺度海洋结构物刚体运动和弹性变形水池试验装置，包括空间位置调整机构、线性运动限制机构、旋转运动限制机构。空间位置调整机构通过滚轮安装在轨道上，用于改变测量装置在水池中的位置。线性运动限制机构通过连杆连接在空间位置调整机构的门架上，用于约束大尺度海洋结构物的三个方向线位移，即：横荡、纵荡、垂荡；旋转运动限制机构通过上部连接杆连接在线性运动限制机构的横向滑块机构上，用于约束大尺度海洋结构物的三个方向角位移，即：横摇、纵摇、艏摇。

上述空间位置调整机构包括固定框架、门架、连杆、滚轮和滚轮轴，滚轮轴与门架底部两侧支座的轴孔连接，滚轮与滚轮轴连接，且在电传动装置的驱动下能沿着固定框架两侧长边的轨道运动以带动整个测量装置运动。连杆一端连接于门架上部的外伸梁上，另一端与线性运动限制机构相连。

上述线性运动限制机构包括横向滑块机构、纵向滑块机构、支撑架、纵荡滑道、纵向滑块法兰、横荡滑道和纵荡限制机构。支撑架上开有轴孔，与连杆焊接连接；纵荡滑道焊接设置于支撑架两端外伸支座之间；纵荡滑道穿过纵向滑块机构；纵向滑块法兰与纵向滑块机构连接，且其外伸轴筒套在横荡滑道上；横荡滑道穿过横向滑块机构。

上述纵向滑块机构包括纵向滑块上壳体、纵向滑块下壳体、纵荡滚轮轴、纵荡滚轮、纵荡滚轮轴承、横荡限制轮轴、横荡限制轮、横荡限制轮轴承、纵荡限制支座和纵荡限制销钉。纵荡滚轮轴承和纵荡滚轮与纵荡滚轮轴同轴心连接；纵荡滚轮轴焊接设置于纵向滑块上壳体和纵向滑块下壳体之间；纵荡滚轮夹紧穿过纵向滑块机构的纵荡滑道孔的纵荡滑道；横荡限制轮轴、横荡限制轮和横荡限制轮轴承同轴心连接，横荡限制轮轴头部开有螺纹并旋紧在纵向滑块上壳体的外伸支座上；纵荡限制支座焊接设置于纵向滑块上壳体和纵向滑块下壳体上，纵荡限制销钉头部开有螺纹并旋紧在纵荡限制支座上，尾部开有通孔供钢丝绳穿过。

上述横向滑块机构包括横向滑块上壳体、横向滑块下壳体、横荡滚轮轴、横荡滚轮、横荡滚轮轴承、横向滑块支座和垂荡限制轮。横荡滚轮轴承和横荡滚轮与横荡滚轮轴同轴心连接；横荡滚轮轴焊接设置于横向滑块上壳体和横向滑块下壳体之间；横荡滚轮夹紧穿过横向滑块机构的横荡滑道孔的横荡滑道；横向滑块上壳体和横向滑块下壳体上开有螺纹孔与横向滑块支座上的通孔用螺钉一一对应连接；垂荡限制轮设置于横向滑块支座上，且对称于横向滑块支座上的通孔布置；横向滑块支座上端外伸支座的轴孔与纵向滑块机构中的横荡限制轮等高，横向滑块支座上开有通孔供旋转运动限制机构下部的垂荡球铰穿过。

上述纵荡限制机构包括纵荡限制轮轴、纵荡限制轮和纵荡限制轮轴承。纵荡限制轮轴、纵荡限制轮和纵荡限制轮轴承同轴心连接；纵荡限制轮轴焊接设置于支撑架上；纵荡限制轮与纵向滑块机构中的纵荡限制销钉等高。

上述旋转运动限制机构包括旋转运动限制机构上部、旋转运动限制机构中部和旋转运动限制机构下部。

其中，旋转运动限制机构上部包括上部连接杆、艏摇升降轮、十字杆、下部连接杆、圆形轨道、艏摇升降杆和艏摇限制框。上部连接杆一端焊接连接于横向滑块机构中的横向滑块支座上，一端焊接于十字杆上；十字杆中心开有通孔，以使旋转运动限制机构下部的垂荡球铰穿过；下部连接杆一端焊接于十字杆上，一端焊接于圆形轨道上；圆形轨道上设有圆形槽道；艏摇升降杆一端与艏摇限制框焊接，一端穿过十字杆上的的艏摇升降孔；艏摇升降轮焊接设置于艏摇升降孔两侧并夹紧艏摇升降杆，且能在电传动装置的驱动下使艏摇升降杆做升降运动。

旋转运动限制机构中部包括转盘、艏摇滚轮、艏摇滚轮支座、直齿条、横纵摇升降轮和横纵摇升降轮支座。转盘中心开有通孔以使旋转运动限制机构下部的垂荡球铰穿过；转盘上开有螺钉孔与艏摇滚轮支座上开设的通孔配合并用螺钉连接；艏摇滚轮的艏摇滚轮轴安装在艏摇滚轮支座的轴孔上，艏摇滚轮安装在旋转运动限制机构上部圆形轨道上开设的圆形槽道里，并能沿着槽道做旋转运动；直齿条焊接安装在转盘的外伸梁上；横纵摇升降轮安装在横纵摇升降轮支座的轮轴上，且横纵摇升降轮支座上开有槽道；横纵摇升降轮与直齿条啮合，并能在电传动装置的驱动下带动横纵摇升降轮支座做升降运动。

旋转运动限制机构下部，包括：垂荡球铰、横纵摇球铰、艏摇球铰、垂荡球铰支座、横纵摇球铰支座、艏摇球铰支座和海洋结构物。垂荡球铰支座、横纵摇球铰支座和艏摇球铰支座焊接设置于海洋结构物上，并与垂荡球铰、横纵摇球铰和艏摇球铰对应连接。

本发明的进一步改进，固定框架上开有轨道，滚轮可在电传动装置的驱动下沿着轨道运动。

本发明的进一步改进，荡限制轮可以放松和夹紧垂荡球铰，以实现对垂荡运动的限制。

本发明的进一步改进，横（纵）荡运动的限制由横（纵）荡限制轮收紧钢丝绳固定横（纵）向滑块机构实现。

本发明的进一步改进，圆形轨道上开有圆形槽道，且艏摇滚轮可以在圆形槽道中周向运动。

本发明的进一步改进，艏摇升降轮始终夹紧艏摇升降杆，并能通过旋转以实现艏摇升降杆的升降。

本发明的进一步改进，艏摇升降杆一端焊接艏摇限制框，其上开有直槽，直槽宽度与艏摇球铰的直径相等，且能使艏摇球铰在直槽中做直线运动。

本发明的进一步改进，转盘外伸梁上焊接有直齿条，横纵摇升降轮与直齿条啮合并能在电传动装置的驱动下带动横纵摇升降轮支座作升降运动。

本发明的进一步改进，横纵摇升降轮支座上开有槽道，槽道宽度与横纵摇球铰的直径相等，且能使横纵摇球铰在槽道中做直线运动。

本发明的进一步改进，垂荡球铰支座与艏摇球铰支座等高，横纵摇球铰支座高度低于垂荡球铰支座和艏摇球铰支座高度。

本发明的进一步改进，横向滑块机构和纵向滑块机构中的横荡滚轮和纵荡滚轮由陶瓷制成。

该大尺度海洋结构物刚体运动和弹性变形水池试验装置还可以与非接触式光学测量设备配合使用，可以准确测量结构物的刚体运动和弹性变形。

本发明的有益效果：本发明通过空间位置移动机构调节测量装置到达指定的实验位置；通过垂荡限制轮夹紧垂荡球铰，以实现对垂荡运动的限制；通过横（纵）荡限制轮收紧一端固定在横（纵）向滑块机构上的钢丝绳固定所述横（纵）向滑块机构以实现对横（纵）荡运动的限制；通过艏摇升降轮下降艏摇升降杆使艏摇球铰进入艏摇限制框架的直槽里以限制艏摇运动；通过横纵摇升降轮旋转带动横纵摇升降轮支座下降，使横纵摇限制球铰进入横纵摇升降轮支座上的槽道内以限制横（纵）摇运动。以上对任一自由度的限制都是独立的，对某一自由度的限制不会干扰大尺度海洋结构物在其他自由度上的运动；大尺度海洋结构物在任意波浪参数工况下的刚体运动和弹性变形信息都由本试验装置所配备的非接触式光学测量设备采集。因此实验人员可根据试验需求观测大尺度海洋结构物在某特定自由度下的响应。

附图说明

图1为本发明爆炸视图。

图2为自由度说明示意图。

图3为本发明空间位置调整机构爆炸视图。

图4为本发明线性运动限制机构爆炸视图。

图5为本发明纵向滑块机构爆炸视图。

图6为本发明横向滑块机构爆炸视图。

图7为本发明纵荡限制机构爆炸视图。

图8为本发明旋转运动限制机构爆炸视图。

图9为本发明旋转运动限制机构上部爆炸视图。

图10为本发明旋转运动限制机构中部爆炸视图。

图11为本发明旋转运动限制机构下部爆炸视图。

图12为本发明垂荡运动限制示意图。

图13为本发明横荡运动限制示意图。

图14为本发明纵荡运动限制示意图。

图15为本发明艏摇运动限制示意图。

图16为本发明横（纵）摇运动限制示意图。

图中，1：空间位置移动机构，2：线性运动限制机构，3：旋转运动限制机构，1-1：固定框架，1-2：门架，1-3：连杆，1-4：滚轮轴，1-5：滚轮，1-6：轨道，1-7：外伸梁，1-8：底部支座，2-1：横向滑块机构，2-2：纵向滑块机构，2-3：支撑架，2-4：纵荡滑道，2-5：纵向滑块法兰，2-6：横荡滑道，2-7：纵荡限制机构，2-8：轴孔，3-1：旋转运动限制机构上部，3-2：旋转运动限制机构中部，3-3：旋转运动限制机构下部，4-1-1：纵向滑块上壳体，4-1-2：纵向滑块下壳体，4-2：纵荡滚轮轴，4-3：纵荡滚轮，4-4：纵荡滚轮轴承，4-5：横荡限制轮轴4-6：横荡限制轮轴承，4-7横荡限制轮，4-8：上壳体外伸支座，4-9：纵荡限制支座，4-10：纵荡限制销钉，4-11：通孔，4-12：纵荡滑道孔，5-1-1：横向滑块上壳体，5-1-2：横向滑块下壳体5-2：横荡滚轮轴，5-3：横荡滚轮轴承，5-4：横荡滚轮，5-5：垂荡限制轮，5-6横向滑块支座，5-7：外伸支座，5-8：通孔，5-9：螺纹孔，5-10通孔，5-11：横荡滑道孔，6-1：纵荡限制轮轴，6-2：纵荡限制轮轴承，6-3：纵荡限制轮，7-1：上部连接杆，7-2：艏摇升降轮7-3：十字杆7-4：下部连接杆，7-5圆形轨道，7-6：艏摇升降杆，7-7：圆形槽道，7-8：艏摇限制框，7-9：直槽，7-10：通孔，7-11通孔，8-1：转盘，8-2：艏摇滚轮，8-3：直齿条，8-4：艏摇滚轮支座，8-5：横纵摇升降轮支座，8-6：横纵摇升降轮，8-7：横纵摇升降轮轴，8-8：槽道，8-9：横纵摇升降轮支座外伸端，8-10：通孔，8-11：螺钉孔，8-12：转盘外伸梁，8-13：通孔，9-1：垂荡球铰，9-2：横纵摇球铰，9-3：艏摇球铰、9-4：艏摇球铰支座，9-5：横纵摇球铰支座，9-6：垂荡球铰支座，9-7：海洋结构物，10-1：横荡钢丝绳，10-2：纵荡钢丝绳。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图2所示，大尺度海洋结构物在波浪中会产生两种性质的运动，即刚体运动和弹性变形。刚体运动具有六个自由度，可分为两种形式,即线位移和角位移。以大尺度海洋结构物中心为原点建立坐标系，则线位移可表示为沿X轴、Y轴和Z轴方向的平移运动，分别称为横荡、纵荡和垂荡；角位移可表示为以X轴、Y轴和Z轴为转轴的定轴转动，分别称为横摇、纵摇和艏摇。大尺度海洋结构物在任意波浪参数工况下的刚体运动都是以上六种运动的叠加。弹性变形是指大尺度海洋结构物在受到外载荷时，由于自身具有的弹性而产生的可恢复性变形。

实施例，如图1所示，大尺度海洋结构物刚体运动和弹性变形水池试验装置包括空间位置调整机构1、线性运动限制机构2和旋转运动限制机构3。空间位置调整机构1通过滚轮1-5安装在固定框架1-1上，用于改变测量装置在水池中的位置；线性运动限制机构2通过连杆1-3连接在空间位置调整机构1的门架1-2上，用于约束大尺度海洋结构物9-7的三个方向的线位移，即：横荡、纵荡、垂荡；旋转运动限制机构3通过上部连接杆7-1连接在线性运动限制机构2的横向滑块机构2-1上，用于约束大尺度海洋结构物9-7的三个方向的角位移，即：横摇、纵摇和艏摇。本发明可以在对结构物约束很小的前提下，对结构物进行迎浪、斜浪等工况中多自由度运动测量，且对结构物各自由度运动的影响极小。

如图3所示，空间位置调整机构1包括固定框架1-1、门架1-2、连杆1-3、滚轮轴1-4和滚轮1-5。滚轮轴1-4与门架1-2底部两侧支座1-8的轴孔连接，滚轮1-5与滚轮轴1-4连接，且在电传动装置的驱动下能沿着固定框架1-1两侧长边的轨道1-6运动以带动整个测量装置运动。连杆1-3一端连接与门架1-2上部的外伸梁1-7上，另一端与线性运动限制机构2相连。

如图4所示，线性运动限制机构2包括横向滑块机构2-1、纵向滑块机构2-2、支撑架2-3、纵荡滑道2-4、纵向滑块法兰2-5、横荡滑道2-6和纵荡限制机构2-7。支撑架2-3上开有轴孔2-8与连杆1-3焊接连接；纵荡滑道2-4焊接设置于支撑架2-3两端外伸支座之间；纵荡滑道2-4穿过纵向滑块机构2-2；纵向滑块法兰2-5与纵向滑块机构2-2连接且其外伸轴筒套在横荡滑道2-6上；横荡滑道2-6穿过横向滑块机构2-1。

如图5所示，纵向滑块机构2-2包括纵向滑块上壳体4-1-1、纵向滑块下壳体4-1-2、纵荡滚轮轴4-2、纵荡滚轮4-3、纵荡滚轮轴承4-4、横荡限制轮轴4-5、横荡限制轮轴承4-6、横荡限制轮4-7、纵荡限制支座4-9和纵荡限制销钉4-10。纵荡滚轮轴承4-4和纵荡滚轮4-3与纵荡滚轮轴4-2同轴心连接；纵荡滚轮轴4-2焊接设置于纵向滑块上壳体4-1-1和纵向滑块下壳体4-1-2之间；纵荡滚轮4-3夹紧穿过纵向滑块机构2-2的纵荡滑道孔4-12的纵荡滑道2-4；横荡限制轮轴4-5、横荡限制轮4-7和横荡限制轮轴承4-6同轴心连接，横荡限制轮轴4-5头部开有螺纹并旋紧在纵向滑块上壳体4-1-1的外伸支座4-8上；纵荡限制支座4-9焊接设置于纵向滑块上壳体4-1-1和纵向滑块下壳体4-1-2上，纵荡限制销钉4-10头部开有螺纹并旋紧在纵荡限制支座4-9上，尾部开有通孔4-11供钢丝绳10-2穿过。

如图6所示，横向滑块机构2-1包括横向滑块上壳体5-1-1、横向滑块下壳体5-1-2、横荡滚轮轴5-2、横荡滚轮轴承5-3、横荡滚轮5-4、垂荡限制轮5-5和横向滑块支座5-6。横荡滚轮轴承5-3和横荡滚轮5-4与横荡滚轮轴5-2同轴心连接；横荡滚轮轴5-2焊接设置于横向滑块上壳体5-1-1和横向滑块下壳体5-1-2之间；横荡滚轮5-4夹紧穿过横向滑块机构2-1的横荡滑道孔5-11的横荡滑道2-6；横向滑块上壳体5-1-1、横向滑块下壳体5-1-2上开有螺纹孔5-9与横向滑块支座5-6上的通孔5-10用螺钉一一对应连接；垂荡限制轮5-5设置于横向滑块支座5-6上且对称于横向滑块支座上的通孔5-8布置；横向滑块支座5-6上端外伸支座5-7的轴孔与纵向滑块机构2-2中的横荡限制轮4-7等高；横向滑块支座5-6上开有通孔5-8供旋转运动限制机构下部3-3的垂荡球铰9-1穿过。

如图7所示，纵荡限制机构2-7包括纵荡限制轮轴6-1、纵荡限制轮轴承6-2和纵荡限制轮6-3。纵荡限制轮轴6-1、纵荡限制轮6-3和纵荡限制轮轴承6-2同轴心连接；纵荡限制轮轴6-2焊接设置于支撑架2-3上；纵荡限制轮6-3与纵向滑块机构中的纵荡限制销钉4-10等高。

如图8所示，旋转运动限制机构3包括旋转运动限制机构上部3-1、旋转运动限制机构中部3-2和旋转运动限制机构下部3-3。

如图9所示，旋转运动限制机构上部3-1包括上部连接杆7-1、艏摇升降轮7-2、十字杆7-3、下部连接杆7-4、圆形轨道7-5、艏摇升降杆7-6和艏摇限制框7-8。上部连接杆7-1一端焊接连接于横向滑块机构2-1中的横向滑块支座5-6上，一端焊接于十字杆上7-3；十字杆7-3中心开有通孔7-11以使旋转运动限制机构下部3-3的垂荡球铰9-1穿过；下部连接杆7-4一端焊接于十字杆7-3上，一端焊接于圆形轨道7-5上；圆形轨道7-5上设有圆形槽道7-7；艏摇升降杆7-6一端与艏摇限制框7-8焊接，一端穿过十字杆7-3上的的艏摇升降孔7-10；艏摇升降轮7-2焊接设置于艏摇升降孔7-10两侧并夹紧艏摇升降杆7-6，且能在电传动装置的驱动下使艏摇升降杆7-6做升降运动。

如图10所示，旋转运动限制机构中部3-2包括转盘8-1、艏摇滚轮8-2、直齿条8-3、艏摇滚轮支座8-4、横纵摇升降轮支座8-5和横纵摇升降轮8-6。转盘8-1中心开有通孔8-13以使旋转运动限制机构下部3-3的垂荡球铰9-1穿过；转盘-1上开有螺钉孔8-11与艏摇滚轮支座8-4上开设的通孔8-10配合并用螺钉连接；艏摇滚轮8-2的艏摇滚轮轴安装在艏摇滚轮支座8-4的轴孔上，艏摇滚轮8-2安装在旋转运动限制机构上部3-1圆形轨道7-5上开设的圆形槽道7-7里，并能沿着圆形槽道7-7做旋转运动；直齿条8-3焊接安装在转盘8-1的外伸梁8-12上；横纵摇升降轮8-6安装在横纵摇升降轮支座8-5的轮轴上，且横纵摇升降轮支座8-6上开有槽道8-8；横纵摇升降轮8-6与直齿条8-3啮合，并能在电传动装置的驱动下带动横纵摇升降轮支座8-5做升降运动。

如图11所示，旋转运动限制机构下部3-3包括垂荡球铰9-1、横纵摇球铰9-2、艏摇球铰9-3、艏摇球铰支座9-4、横纵摇球铰支座9-5、垂荡球铰支座9-6和海洋结构物9-7。垂荡球铰支座9-6、横纵摇球铰支座9-5和艏摇球铰支座9-4焊接设置于海洋结构物9-7上，并与垂荡球铰9-1、横纵摇球铰9-2和艏摇球铰9-3对应连接。

如图12所示，当未限制垂荡运动时，垂荡限制轮5-5处于放松状态，此时垂荡球铰可自由沿着z轴上下运动；当限制垂荡运动时，垂荡限制轮夹紧垂荡球铰9-1，使其固定于同一高度不变，垂荡运动被限制。

如图13所示，钢丝绳10-1一端固定在横向滑块机构2-1的外伸支座5-7的通孔里，一端缠绕于横向滑块机构2-1上的横荡限制轮4-7上。当未限制横荡运动时，横荡限制轮4-7放松，此时钢丝绳10-1处于放松状态，横向滑块机构2-1不受力，可以自由地沿着横荡滑道运动；当限制横荡运动时，横荡限制轮4-7收紧钢丝绳10-1，此时，横向滑块两端受到钢丝绳10-1拉力，无法移动，横荡运动被限制。

如图14所示，钢丝绳10-2一端固定在纵向滑块机构2-2的纵荡限制销钉4-10尾部的通孔里，一端缠绕于纵荡限制轮6-3上。当未限制纵荡运动时，纵荡限制轮6-3放松，此时钢丝绳10-2处于放松状态，纵向滑块机构2-2不受力，可以自由地沿着纵荡滑道运动；当限制纵荡运动时，纵荡限制轮6-3收紧钢丝绳10-2，此时，纵向滑块机构2-2两端受到钢丝绳10-2拉力，无法移动，纵荡运动被限制。

如图15所示，当限制艏摇运动时，艏摇升降轮7-2旋转使艏摇升降杆7-6下降，使艏摇球铰9-2-1进入艏摇限制框的直槽7-9里。由于艏摇升降杆7-6-1是固定不动的，因此艏摇运动被限制。

如图16所示，当限制横（纵）摇运动时，横纵摇升降轮8-6在电传动装置的驱动下旋转带动横纵摇升降轮支座8-5下降，使横纵摇球铰9-2进入槽道8-8里。此时横纵摇球铰9-2只能在槽道8-8中运动，因此横（纵）摇运动被限制。

本发明的大尺度海洋结构物水池实验装置中，通过空间位置移动机构调节测量装置到达指定的实验位置；通过垂荡限制轮夹紧垂荡球铰，以实现对垂荡运动的限制；通过横（纵）荡限制轮收紧一端固定在横（纵）向滑块机构上的钢丝绳固定所述横（纵）向滑块机构以实现对横（纵）荡运动的限制；通过艏摇升降轮下降艏摇升降杆是艏摇球铰进入艏摇限制框架的直槽里以限制艏摇运动；通过横纵摇升降轮旋转带动横纵摇升降轮支座下降，使横纵摇限制球铰进入横纵摇升降轮支座上的槽道内以限制横（纵）摇运动。以上对任一自由度的限制都是独立的，对某一自由度的限制不会干扰大尺度海洋结构物在其他自由度上的运动；大尺度海洋结构物在任意波浪参数下的刚体运动和弹性变形信息都由本实验装置所配备的非接触式光学测量设备采集。因此实验人员可根据实验需求观测大尺度海洋结构物在某特定自由度下的响应。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，包括空间位置调整机构、线性运动限制机构、旋转运动限制机构，所述空间位置调整机构通过滚轮安装在轨道上，用于改变测量装置在水池中的位置，所述线性运动限制机构通过连杆连接在所述空间位置调整机构的门架上，用于约束大尺度海洋结构物的线位移，所述旋转运动限制机构通过连杆连接在所述线性运动限制机构的横向滑块机构上，用于约束大尺度海洋结构物的角位移；

所述空间位置调整机构包括：固定框架、门架、连杆、滚轮、滚轮轴，所述滚轮轴与所述门架底部两侧支座的轴孔连接，所述滚轮与所述滚轮轴连接且在电传动装置的驱动下沿着所述固定框架两侧长边的轨道运动以带动整个测量装置运动，所述连杆一端连接于所述门架上部的外伸梁上另一端与所述线性运动限制机构相连；

所述线性运动限制机构包括横向滑块机构、纵向滑块机构、支撑架、纵荡滑道、纵向滑块法兰、横荡滑道、纵荡限制机构，所述支撑架上开有轴孔与所述连杆焊接连接，所述纵荡滑道焊接设置于所述支撑架两端外伸支座之间，所述纵荡滑道穿过所述纵向滑块机构，所述纵向滑块法兰与所述纵向滑块机构连接且其外伸轴筒套在所述横荡滑道上，所述横荡滑道穿过所述横向滑块机构，所述纵向滑块机构包括纵向滑块上壳体、纵向滑块下壳体、纵荡滚轮轴、纵荡滚轮、纵荡滚轮轴承、横荡限制轮轴、横荡限制轮、横荡限制轮轴承、纵荡限制支座和纵荡限制销钉，所述纵荡滚轮轴承和纵荡滚轮与纵荡滚轮轴同轴心连接，所述纵荡滚轮轴焊接设置于纵向滑块上壳体和纵向滑块下壳体之间，所述纵荡滚轮夹紧穿过所述纵向滑块机构的纵荡滑道孔的所述纵荡滑道，所述横荡限制轮轴、横荡限制轮和横荡限制轮轴承同轴心连接，所述横荡限制轮轴头部开有螺纹并旋紧在所述纵向滑块上壳体的外伸支座上，所述纵荡限制支座焊接设置于所述纵向滑块上壳体和纵向滑块下壳体上，所述纵荡限制销钉头部开有螺纹并旋紧在所述纵荡限制支座上，尾部开有通孔供钢丝绳穿过，所述横向滑块机构包括横向滑块上壳体、横向滑块下壳体、横荡滚轮轴、横荡滚轮、横荡滚轮轴承、横向滑块支座和垂荡限制轮，所述横荡滚轮轴承和横荡滚轮与横荡滚轮轴同轴心连接，所述横荡滚轮轴焊接设置于横向滑块上壳体和横向滑块下壳体之间，所述横荡滚轮夹紧穿过所述横向滑块机构的横荡滑道孔的所述横荡滑道，所述横向滑块上壳体和横向滑块下壳体上开有螺纹孔与所述横向滑块支座上的通孔用螺钉一一对应连接，所述垂荡限制轮设置于所述横向滑块支座上且对称于所述横向滑块支座上的通孔布置，所述横向滑块支座上端外伸支座的轴孔与所述纵向滑块机构中的横荡限制轮等高，横向滑块支座上开有通孔供垂荡球铰穿过，所述纵荡限制机构包括纵荡限制轮轴、纵荡限制轮和纵荡限制轮轴承，所述纵荡限制轮轴、纵荡限制轮和纵荡限制轮轴承同轴心连接，所述纵荡限制轮轴焊接设置于所述支撑架上，所述纵荡限制轮与所述纵向滑块机构中的纵荡限制销钉等高；

所述旋转运动限制机构包括旋转运动限制机构上部、旋转运动限制机构中部、旋转运动限制机构下部，所述旋转运动限制机构上部，包括上部连接杆、艏摇升降轮、十字杆、下部连接杆、圆形轨道、艏摇升降杆、艏摇限制框，所述上部连接杆一端焊接连接于所述横向滑块机构中的横向滑块支座上另一端焊接于所述十字杆上，所述十字杆中心开有通孔以使所述旋转运动限制机构下部的垂荡球铰穿过，所述下部连接杆一端焊接于所述十字杆上另一端焊接于所述圆形轨道上，所述圆形轨道上设有圆形槽道，所述艏摇升降杆一端与艏摇限制框焊接另一端穿过所述十字杆上的艏摇升降孔，所述艏摇升降轮焊接设置于所述艏摇升降孔两侧并夹紧所述艏摇升降杆且在电传动装置的驱动下使所述艏摇升降杆做升降运动，所述旋转运动限制机构中部包括转盘、艏摇滚轮、艏摇滚轮支座、直齿条、横纵摇升降轮和横纵摇升降轮支座，所述转盘中心开有通孔以使所述旋转运动限制机构下部的垂荡球铰穿过，所述转盘上开有螺钉孔与所述艏摇滚轮支座上开设的通孔配合并用螺钉连接，所述艏摇滚轮的艏摇滚轮轴安装在所述艏摇滚轮支座的轴孔上，所述艏摇滚轮安装在所述旋转运动限制机构上部圆形轨道上开设的圆形槽道里并能沿着槽道做旋转运动，所述直齿条焊接安装在所述转盘的外伸梁上，所述横纵摇升降轮安装在所述横纵摇升降轮支座的横纵摇升降轮轴上且所述横纵摇升降轮支座上开有槽道，所述横纵摇升降轮支座外伸端与转盘外伸梁贴合以保证所述转盘与所述横纵摇升降轮支座同步旋转，所述横纵摇升降轮与所述直齿条啮合并在电传动装置的驱动下带动横纵摇升降轮支座做升降运动，所述旋转运动限制机构下部包括垂荡球铰、横纵摇球铰、艏摇球铰、垂荡球铰支座、横纵摇球铰支座、艏摇球铰支座和大尺度海洋结构物，所述垂荡球铰支座、横纵摇球铰支座和艏摇球铰支座固定在大尺度海洋结构物上并与所述垂荡球铰、横纵摇球铰和艏摇球铰对应连接；所述固定框架上开有轨道，所述滚轮在电传动装置的驱动下沿着所述轨道运动。

2.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述垂荡限制轮可以放松和夹紧所述垂荡球铰以实现对垂荡运动的限制。

3.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述圆形轨道上开有圆形槽道且所述艏摇滚轮在所述圆形槽道中周向运动。

4.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述艏摇升降杆一端焊接所述艏摇限制框其上开有直槽，所述直槽宽度与所述艏摇球铰的直径相等且能使所述艏摇球铰在所述直槽中做直线运动。

5.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述转盘外伸梁上焊接有直齿条，所述横纵摇升降轮与所述直齿条啮合并能在电传动装置的驱动下带动所述横纵摇升降轮支座作升降运动。

6.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述横纵摇升降轮支座上开有槽道，所述槽道宽度与所述横纵摇球铰的直径相等且能使所述横纵摇球铰在所述槽道中做直线运动。

7.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述垂荡球铰支座与所述艏摇球铰支座等高，所述横纵摇球铰支座高度低于所述垂荡球铰支座和所述艏摇球铰支座高度。

8.如权利要求1所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，所述横向滑块机构和所述纵向滑块机构中的横荡滚轮和纵荡滚轮由陶瓷制成。

9.如权利要求1-8任一项所述的大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置，其特征在于，该大尺度海洋结构物刚体运动及弹性变形水池试验装置水池试验装置与非接触式光学测量设备配合使用，观测大尺度海洋结构物的刚体运动和弹性变形。

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