CN112903242A - 一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法 - Google Patents
一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112903242A CN112903242A CN202110085771.5A CN202110085771A CN112903242A CN 112903242 A CN112903242 A CN 112903242A CN 202110085771 A CN202110085771 A CN 202110085771A CN 112903242 A CN112903242 A CN 112903242A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis sliding
- axis
- sliding table
- cable
- force sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 26
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
本发明公开了一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法。测试装置包括水槽1、支承结构2、直线滑台3、滑座4、力传感器5；水槽1为顶部开口的箱体结构；支承结构2包括支撑立柱201、顶部横梁202、顶部纵梁203；直线滑台3包括X轴滑台301、Y轴滑台302、Z轴滑台303；滑座4包括X轴滑座401、Y轴滑座402、Z轴滑座403；力传感器5设置在Z轴滑座403上。本发明可用于线缆在拖曳模式下的室内模拟试验，便于研究复杂环境下线缆的空间形态与力学行为，具有高效、准确的优点。
Description
技术领域
本发明涉及线缆测试技术领域，具体涉及一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法。
背景技术
悬链线是一种曲线，因其与两端固定的绳子在均匀引力作用下下垂相似而得名。在实际工程应用中，通常所说的悬索桥、双曲拱桥、架空电缆、双曲拱坝等都用到悬链线的原理。悬链线的应用颇为广泛，因此，为了有效研究悬链线的相关原理及其应用，为了有效展开悬链线的静动态张力及空间构形的测试，本发明设计所需实验装置。
拖曳模式下线缆空间形态与力学行为广泛存在于生活生产中，例如深海采矿领域普遍采用线缆拖曳模式作业，由于在海下作业，很难检测和测量拖曳模式下线缆的空间形态与力学行为。同时，由于作业的连续性，管线在拖曳模式下于海底稀软土中行走，需要分别测试静态管线系统的空间构形及力学特性和动态情况下管线系统的空间构形及力学特性，此外，采矿船采用不同拖航速度、升沉幅值；而管线由于作业需要会有长度的变化，这些都对管线具体的空间形态特性和集矿机的动力学行为产生影响；通过采用拖曳装置的运动速度来模拟不同的水流相对速度，研究分析拖曳模式下静态管线系统的空间构形及力学特性和动态情况下管线系统的空间构形及力学特性。
发明内容
针对现有技术中的测试装置难以检测不同拖曳模式下线缆的空间形态与力学行为，本发明提供一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法，本发明可以模拟出使用过程中拖曳模式下线缆空间形态与力学行为；同时可以测试出静态管线系统的空间构形及力学特性和动态情况下管线系统的空间构形及力学特性，具有简单高效，精度高的优点。
为了实现上述目的，本发明的一技术方案是：
一种线缆空间形态与力学行为测试装置，包括水槽、支承结构、直线滑台、滑座、力传感器；水槽为顶部开口的箱体结构；支承结构包括支撑立柱、顶部横梁、顶部纵梁；支撑立柱设置在水槽角部外侧，且支撑立柱顶部高于水槽顶面；顶部横梁和顶部纵梁设置在支撑立柱的上方，并相互垂直；直线滑台包括X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台；滑座包括X轴滑座、Y轴滑座、Z轴滑座；X轴滑台固定在顶部横梁的上方，X轴滑台上设置有X轴滑座，Y轴滑台垂直于X轴滑台设置在X轴滑座的顶部，Y轴滑台上设置有Y轴滑座，Z轴滑台竖直设置在Y轴滑座的侧部，Z轴滑台上设置有Z轴滑座；力传感器设置在Z轴滑座上。
进一步的改进，所述水槽为透明水槽，优选为玻璃材质的水槽；所述力传感器为三维力传感器。
进一步的改进，所述直线滑台通过螺栓与支承结构连接；所述X轴滑台设置在顶部横梁上，另一根顶部横梁上则设置有与X轴滑台平行的辅助导轨；所述辅助导轨通过螺栓与支承结构连接；所述Y轴滑台的一端与X轴滑座连接，另一端与辅助导轨配合连接。
进一步的改进，所述直线滑台上设置有导轨；所述滑座可在导轨上自由滑动，并可通过滚珠丝杆螺母固定于直线滑台上；所述滚珠丝杆螺母包括滚珠丝杆和丝杆螺母；所述X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台上均设置有滚珠丝杆，所述X轴滑座、Y轴滑座和Z轴滑座上均设置有配合滚珠丝杆的丝杆螺母。
进一步的改进，所述测试装置还包括X轴电机、Y轴电机、Z轴电机；所述X轴电机、Y轴电机、Z轴电机均为交流伺服电机；所述X轴电机固定在X轴滑座上，并驱动X轴滑座在X轴滑台上滑动；所述Y轴电机固定在Y轴滑座上，并驱动Y轴滑座在Y轴滑台上滑动；所述Z轴电机固定在Z轴滑座上，并驱动Z轴滑座在Z轴滑台上移动。
进一步的改进，测试装置还包括设置在水槽外侧的相机；所述相机为高频摄像机。
进一步的改进，测试装置还包括计算机控制系统；所述计算机控制系统与力传感器、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、相机连接。
进一步的改进，测试装置还包括设置于水槽底部或水槽侧壁下部的刻度尺。
进一步的改进，测试装置还包括待检测线缆、拖曳装置、第二力传感器；所述待检测线缆的一端与力传感器连接，另一端与拖曳装置连接；所述第二力传感器设置在待检测线缆与拖曳装置连接处，且第二力传感器与计算机控制系统连接。
为了实现上述目的，本发明的另一技术方案是：一种线缆空间形态与力学行为的测试方法，包括以下步骤：
S1：将待检测线缆的一端与力传感器连接，另一端与拖曳装置连接，并在连接处设置第二力传感器；
S2：计算机控制系统分别独立地控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机运行；
S3：根据测试需要，使X轴电机驱动X轴滑座在X轴滑台上有选择性的滑动，Y轴电机驱动Y轴滑座在Y轴滑台上有选择性的滑动，Z轴电机驱动Z轴滑座在Z轴滑台上有选择性的移动；进而使得拖曳装置在水槽内可以完成纵向直线、横向直线、圆形轨迹、S形轨迹或者不规则轨迹运动；
S4：力传感器实时检测和输出待检测线缆与Z轴滑座连接位置在空间坐标系内x，y，z轴方向上的力，并分别记录为Fx1，Fy1，Fz1；第二力传感器实时检测和输出待检测线缆与拖曳装置接触位置在空间坐标系内x，y，z轴方向上的力，并分别记录为Fx2，Fy2，Fz2；
S5：使用相机采集待检测线缆和拖曳装置的构形和待检测线缆的运动轨迹；
S6：通过刻度尺实时记录拖曳装置的坐标位置；
S7：根据力传感器、第二力传感器、相机和刻度尺采集到的图片和数据，绘出线缆上力的变化曲线图及计算其他力学参数，以此得出线缆受到拖曳时的空间运动形态与力学行为。
作为优选，改变X轴电机的运行功率，可以改变待检测线缆和拖曳装置在水槽内在横向方向的运动速度；改变Y轴电机的运行功率，可以改变待检测线缆和拖曳装置在水槽内在纵向方向的运动速度；改变Z轴电机的运行功率，可以改变待检测线缆和拖曳装置在水槽内的高度，模拟出采矿船的沉浮。
在本发明中，支撑立柱高于的高度，是指在竖直方向上，支撑立柱的顶部至少要与水槽的顶部平齐，或者支撑立柱的顶部高于水槽的顶部。此设计便于安装直线滑台。
在本发明中，直线滑台包括X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台。X轴滑台设置在顶部横梁的上方，X轴滑台上固定有X轴滑座。Y轴滑台设置在X轴滑座的顶部并与X轴滑座连接，Y轴滑台上设有Y轴滑座。Z轴滑台设置在Y轴滑座的侧部并与Y轴滑座连接，Z轴滑台上设有Z轴滑座。力传感器设置在Z轴滑座上，Z轴滑座可以在Z轴滑台上上下移动，Z轴滑台设置在Y轴滑座上，Y轴滑座在Y轴滑台上前后移动，Y轴滑台设置在X轴滑座上，X轴滑座在X轴滑台上左右移动，从而可以实现力传感器在上下、左右、前后移动。如果控制其中一个滑座移动，另外两个滑座相对对应的滑台不动，则可实现力传感器在一条直线上运动；如果控制其中两个滑座移动，另外一个滑座相对对应的滑台不动，则可实现力传感器在一个平面内运动；如果控制三个滑座都移动，则可实现力传感器在三维空间内运动；如果控制三个滑座都不移动，则可实现测试力传感器在静止状态下的受力情况。
在本发明中，以水槽较长的边的方向为横向；为X轴，以水槽较短的边的方向为纵向，为Y轴；以水槽的高度方向为竖向，为Z轴；以水槽的横向和竖向组成的面为正面。如果X轴滑座在X轴滑台上左右移动，Y轴滑座相对Y轴滑台、Z轴滑座相对Z轴滑台不动，则力传感器在水槽的横向移动；如果Y轴滑座在Y轴滑台上移动，X轴滑座相对X轴滑台、Z轴滑座相对Z轴滑台不动，则力传感器在水槽的Y轴方向移动；如果Z轴滑座在Z轴滑台上移动，X轴滑座相对X轴滑台、Y轴滑座相对Y轴滑台不动，则力传感器在水槽的Z轴方向移动；如果X轴滑座在X轴滑台上，Y轴滑座相对Y轴滑台上移动，Z轴滑座相对Z轴滑台不动，则力传感器在水槽的X-Y平面内移动；同理，可以控制力传感器在水槽的X-Z或Y-Z平面内移动；如果X轴滑座在X轴滑台上，Y轴滑座相对Y轴滑台上移动，Z轴滑座相对Z轴滑台上移动，则力传感器在水槽的X-Y-Z组成三维空间内移动。
在本发明中，丝杆螺母与滚珠丝杆配合连接只是通过丝杆螺母和滚珠丝杆可以实现滑座在滑台上的移动；滚珠丝杆于滑台相对位移固定不动，通过电机驱动滚珠丝杆的转动，带动丝杆螺母转动并实现丝杆螺母在滚珠丝杆前后（或上下、或左右）移动，滑座与丝杆螺母固定连接，从而实现滑座相对滑台前后（或上下、或左右）移动。
在本发明中，导轨是起导向作用，并不提供支撑或者启动的作用。导轨设置在滑台上并固定不动，滑座一般与导轨接触，滑座由于丝杆螺母和滚珠丝杆作用下移动，使得滑座始终沿着导轨的方向移动，从而保证了任何一个滑台上的滑座始终沿着该滑台做直线运动，从而保证了测试装置的准确性。
本发明的装置和系统可以模拟采矿船通过线缆拖曳集矿机在海底稀软土下行走，分别测试静态管线系统的空间构形及力学特性，采矿船采用不同拖航速度、升沉幅值管线采用不同的管线长度，对管线具体的空间形态特性和集矿机的动力学行为的影响。还可通过改变拖曳装置的运动速度来模拟不同的水流相对速度，来测试对管线具体的空间形态特性和集矿机的动力学行为的影响。力传感器的位置相当于采矿船，拖曳装置相当于集矿机，力传感器的移动相当于采矿船的航行，拖曳装置的移动相当于集矿机在海底的运行状态，从而通过本发明的装置可以测试出采矿船拖曳集矿机时用的线缆的空间构形及力学特性；为实际使用提供理论基础和验证方法。
通过本发明的装置，把力传感器分别固定在Z轴滑座（即采矿船）和集矿机模型上时，管线一端铰接在Z轴滑座的力传感器上，一端铰接在集矿机模型的力传感器上，这样Z轴滑座就能拖曳集矿机模型行走。计算机控制系统可驱动电机使实现z轴滑座（采矿船）多种行走轨迹（直线、圆形轨迹、S形轨迹等），可实现其上下和平面的运动，并精确控制其位置，速度和加速度。还可通过改变拖曳装置的运动速度来模拟不同的水流相对速度。实验装置可测量采矿船在不同拖航速度状况对系统空间形态与动力学行为的影响。计算机控制系统还可驱动电机使Z轴滑座做上下方向的简谐运动来模拟采矿船的升沉运动，还可改变简谐运动的周期和振幅，从而测量采矿船不同升沉状况对系统空间形态与动力学行为的影响。
在本发明中，支架材料不限。支架横杆和竖杆截面为矩形。三维力传感器根据量程和精度选取。电机的型号根据滑台有效行程和实验材料重量等因素选取。管线可选择橡胶软管，软管上可外包有泡沫塑料用作浮子。水槽为玻璃材质，形状为开口的长方体，方便用相机拍摄管线构形及集矿机运动状态，底部水槽底部放入泥沙或者配置的深海土来提供摩阻力，水槽中安装刻度尺，作为模型车（集矿机）位置的标定和其运动轨迹采集的标尺。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1、本发明实现了模拟全软管深海采矿系统集矿机拖曳模式下，在水下的管线初始构型，管线运动形态以及管线两端结点力等运动参数和力学参数的测量分析研究，可以验证拖曳模式下深海采矿系统的空间形态与动力学行为的理论计算，有限元建模和仿真方法的正确性，还可以提供与全软管采矿系统相类似的运动和力学特性的反映；
2、本发明为智能一体化实验分析装置，计算机可编程控制电机的运转，进而精确控制拖曳的位置，速度和加速度，走出多种运动轨迹；力传感器的数据的采集可实时传输到计算机控制系统或计算机进行分析和存储，用计算机软件可控制拍摄和抓拍管线构形，并画出管线构形和轨迹。数据曲线的绘制和数据的存储；
3、本发明的机械部分简单高效，精度高。可模拟测试采矿船在各种情况下，例如采用不同拖航速度、管线采用不同的管线长度，对光电复合拖缆具体的空间形态特性和集矿机的动力学行为的影响等实验。
附图说明
图1为本发明测试装置的结构示意图；
图2为本发明测试装置的俯视图；
图3为本发明测试装置中直线滑台的结构示意图；
图4为本发明测试装置中X轴滑台与Y轴滑台连接的结构示意图；
图5为本发明测试装置中计算机控制系统连接示意图。
其中，1为水槽、2为支承结构、201为支撑立柱、202为顶部横梁、203为顶部纵梁、3为直线滑台、301为X轴滑台、302为Y轴滑台、303为Z轴滑台、4为力传感器、401为X轴滑座、402为Y轴滑座、403为Z轴滑座、5为力传感器、601为辅助导轨、602为导轨、603为滚珠丝杆、604为丝杆螺母、605为X轴电机、606为Y轴电机、607为Z轴电机、7为相机、8为计算机控制系统、9为刻度尺、10为待检测线缆、11为拖曳装置、12为第二力传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种线缆空间形态与力学行为测试装置包括水槽1、支承结构2、直线滑台3、滑座4、力传感器5；水槽1为顶部开口的箱体结构；支承结构2包括支撑立柱201、顶部横梁202、顶部纵梁203；支撑立柱201设置在水槽1角部外侧，且支撑立柱201顶部高于水槽1顶面；顶部横梁202和顶部纵梁203设置在支撑立柱201的上方，并相互垂直；直线滑台3包括X轴滑台301、Y轴滑台（302）、Z轴滑台303；滑座4包括X轴滑座401、Y轴滑座402、Z轴滑座403；X轴滑台（301）固定在顶部横梁202的上方，X轴滑台301上设置有X轴滑座401，Y轴滑台302垂直于X轴滑台301设置在X轴滑座401的顶部，Y轴滑台302上设置有Y轴滑座402，Z轴滑台303竖直设置在Y轴滑座402的侧部，Z轴滑台303上设置有Z轴滑座403；力传感器5设置在Z轴滑座403上。
在本实施例中，水槽1为透明水槽，优选为玻璃材质的水槽；力传感器5为三维力传感器。
在本实施例中，直线滑台3通过螺栓与支承结构2连接；X轴滑台301设置在顶部横梁202上，另一根顶部横梁202上则设置有与X轴滑台301平行的辅助导轨601；辅助导轨601通过螺栓与支承结构2连接；Y轴滑台302的一端与X轴滑座401连接，另一端与辅助导轨601配合连接。
在本实施例中，直线滑台3上设置有导轨602；滑座4可在导轨602上自由滑动，并可通过滚珠丝杆螺母固定于直线滑台3上；滚珠丝杆螺母包括滚珠丝杆603和丝杆螺母604；X轴滑台301、Y轴滑台302和Z轴滑台303上均设置有滚珠丝杆603，X轴滑座401、Y轴滑座402和Z轴滑座403上均设置有配合滚珠丝杆603的丝杆螺母604。
在本实施例中，测试装置还包括X轴电机605、Y轴电机606、Z轴电机607；X轴电机605、Y轴电机606、Z轴电机607均为交流伺服电机；X轴电机605固定在X轴滑座401上，并驱动X轴滑座401在X轴滑台301上滑动；Y轴电机606固定在Y轴滑座402上，并驱动Y轴滑座402在Y轴滑台302上滑动；Z轴电机607固定在Z轴滑座403上，并驱动Z轴滑座403在Z轴滑台303上移动。
在本实施例中，测试装置还包括设置在水槽1外侧的相机7；相机7为高频摄像机。
在本实施例中，测试装置还包括计算机控制系统8；计算机控制系统8与力传感器5、X轴电机605、Y轴电机606、Z轴电机607、相机7连接。
在本实施例中，测试装置还包括设置于水槽1底部或水槽1侧壁下部的刻度尺9。
在本实施例中，测试装置还包括待检测线缆10、拖曳装置11、第二力传感器12；待检测线缆10的一端与力传感器5连接，另一端与拖曳装置11连接；第二力传感器12设置在待检测线缆10与拖曳装置11连接处，且第二力传感器12计算机控制系统8连接。
如图1-5所示，本发明提供了一种线缆空间形态与力学行为的测试方法，包括以下步骤：
S1：将待检测线缆10的一端与力传感器5连接，另一端与拖曳装置11连接，并在连接处设置第二力传感器12；
S2：计算机控制系统8分别独立地控制X轴电机605、Y轴电机606、Z轴电机607运行；
S3：根据测试需要，使X轴电机605驱动X轴滑座401在X轴滑台301上有选择性的滑动，Y轴电机606驱动Y轴滑座402在Y轴滑台302上有选择性的滑动，Z轴电机607驱动Z轴滑座402在Z轴滑台303上有选择性的移动；进而使得拖曳装置11在水槽1内可以完成纵向直线、横向直线、圆形轨迹、S形轨迹或者不规则轨迹运动；
S4：力传感器5实时检测和输出待检测线缆10与Z轴滑座402连接位置在空间坐标系内x，y，z轴方向上的力，并分别记录为Fx1，Fy1，Fz1；第二力传感器12实时检测和输出待检测线缆10与拖曳装置11接触位置在空间坐标系内x，y，z轴方向上的力，并分别记录为Fx2，Fy2，Fz2；
S5：使用相机7采集待检测线缆10和拖曳装置11的构形和待检测线缆10的运动轨迹；
S6：通过刻度尺9实时记录拖曳装置11的坐标位置；
S7：根据力传感器5、第二力传感器12、相机7和刻度尺9采集到的图片和数据，绘出线缆上力的变化曲线图及计算其他力学参数，以此得出线缆受到拖曳时的空间运动形态与力学行为。
Claims (10)
1.一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：测试装置包括水槽（1）、支承结构（2）、直线滑台（3）、滑座（4）、力传感器（5）；水槽（1）为顶部开口的箱体结构；支承结构（2）包括支撑立柱（201）、顶部横梁（202）、顶部纵梁（203）；支撑立柱（201）设置在水槽（1）角部外侧，且支撑立柱（201）顶部高于水槽（1）顶面；顶部横梁（202）和顶部纵梁（203）设置在支撑立柱（201）的上方，并相互垂直；直线滑台（3）包括X轴滑台（301）、Y轴滑台（302）、Z轴滑台（303）；滑座（4）包括X轴滑座（401）、Y轴滑座（402）、Z轴滑座（403）；X轴滑台（301）固定在顶部横梁（202）的上方，X轴滑台（301）上设置有X轴滑座（401），Y轴滑台（302）垂直于X轴滑台（301）设置在X轴滑座（401）的顶部，Y轴滑台（302）上设置有Y轴滑座（402），Z轴滑台（303）竖直设置在Y轴滑座（402）的侧部，Z轴滑台（303）上设置有Z轴滑座（403）；力传感器（5）设置在Z轴滑座（403）上。
2.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：所述水槽（1）为透明水槽，优选为玻璃材质的水槽；所述力传感器（5）为三维力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：所述直线滑台（3）通过螺栓与支承结构（2）连接；所述X轴滑台（301）设置在顶部横梁（202）上，另一根顶部横梁（202）上则设置有与X轴滑台（301）平行的辅助导轨（601）；所述辅助导轨（601）通过螺栓与支承结构（2）连接；所述Y轴滑台（302）的一端与X轴滑座（401）连接，另一端与辅助导轨（601）配合连接。
4.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：所述直线滑台（3）上设置有导轨（602）；所述滑座（4）可在导轨（602）上自由滑动，并可通过滚珠丝杆螺母固定于直线滑台（3）上；所述滚珠丝杆螺母包括滚珠丝杆（603）和丝杆螺母（604）；所述X轴滑台（301）、Y轴滑台（302）和Z轴滑台（303）上均设置有滚珠丝杆（603），所述X轴滑座（401）、Y轴滑座（402）和Z轴滑座（403）上均设置有配合滚珠丝杆（603）的丝杆螺母（604）。
5.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括X轴电机（605）、Y轴电机（606）、Z轴电机（607）；所述X轴电机（605）、Y轴电机（606）、Z轴电机（607）均为交流伺服电机；所述X轴电机（605）固定在X轴滑座（401）上，并驱动X轴滑座（401）在X轴滑台（301）上滑动；所述Y轴电机（606）固定在Y轴滑座（402）上，并驱动Y轴滑座（402）在Y轴滑台（302）上滑动；所述Z轴电机（607）固定在Z轴滑座（403）上，并驱动Z轴滑座（403）在Z轴滑台（303）上移动。
6.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：测试装置还包括设置在水槽（1）外侧的相机（7）；所述相机（7）为高频摄像机。
7.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：测试装置还包括计算机控制系统（8）；所述计算机控制系统（8）与力传感器（5）、X轴电机（605）、Y轴电机（606）、Z轴电机（607）、相机（7）连接。
8.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：测试装置还包括设置于水槽（1）底部或水槽（1）侧壁下部的刻度尺（9）。
9.根据权利要求1所述的一种线缆空间形态与力学行为测试装置，其特征在于：测试装置还包括待检测线缆（10）、拖曳装置（11）、第二力传感器（12）；所述待检测线缆（10）的一端与力传感器（5）连接，另一端与拖曳装置（11）连接；所述第二力传感器（12）设置在待检测线缆（10）与拖曳装置（11）连接处，且第二力传感器（12）与计算机控制系统（8）连接。
10.一种线缆空间形态与力学行为的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将待检测线缆（10）的一端与力传感器（5）连接，另一端与拖曳装置（11）连接，并在连接处设置第二力传感器（12）；
S2：计算机控制系统（8）分别独立地控制X轴电机（605）、Y轴电机（606）、Z轴电机（607）运行；
S3：根据测试需要，使X轴电机（605）驱动X轴滑座（401）在X轴滑台（301）上有选择性的滑动，Y轴电机（606）驱动Y轴滑座（402）在Y轴滑台（302）上有选择性的滑动，Z轴电机（607）驱动Z轴滑座（402）在Z轴滑台（303）上有选择性的移动；进而使得拖曳装置（11）在水槽（1）内可以完成纵向直线、横向直线、圆形轨迹、S形轨迹或者不规则轨迹运动；
S4：力传感器（5）实时检测和输出待检测线缆（10）与Z轴滑座（402）连接位置在空间坐标系内x，y，z轴方向上的力，并分别记录为Fx1，Fy1，Fz1；第二力传感器（12）实时检测和输出待检测线缆（10）与拖曳装置（11）接触位置在空间坐标系内x，y，z轴方向上的力，并分别记录为Fx2，Fy2，Fz2；
S5：使用相机（7）采集待检测线缆（10）和拖曳装置（11）的构形和待检测线缆（10）的运动轨迹；
S6：通过刻度尺（9）实时记录拖曳装置（11）的坐标位置；
S7：根据力传感器（5）、第二力传感器（12）、相机（7）和刻度尺（9）采集到的图片和数据，绘出线缆上力的变化曲线图及计算其他力学参数，以此得出线缆受到拖曳时的空间运动形态与力学行为。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110085771.5A CN112903242A (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110085771.5A CN112903242A (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112903242A true CN112903242A (zh) | 2021-06-04 |
Family
ID=76118337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110085771.5A Pending CN112903242A (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112903242A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114136522A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 中国科学院力学研究所 | 一种柔性结构拖曳实验的测力装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104979026A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-10-14 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 水下维修工艺研究试验平台 |
| CN206348096U (zh) * | 2016-12-13 | 2017-07-21 | 中国海洋大学 | 一种实验用系缆拖曳力测量装置 |
| CN108344389A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-07-31 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置及实验方法 |
| CN109253857A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-22 | 山东科技大学 | 一种模拟深海采矿扬矿作业的实验装置 |
| CN208705002U (zh) * | 2018-09-19 | 2019-04-05 | 中南大学 | 一种模拟深海采矿软管力学行为的实验装置 |
| CN209852549U (zh) * | 2019-03-29 | 2019-12-27 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种水下拖体姿态调节结构 |
| CN211784223U (zh) * | 2020-01-14 | 2020-10-27 | 浙江大学 | 一种研究锚链循环运动下动力响应与流场特征的实验装置 |
-
2021
- 2021-01-22 CN CN202110085771.5A patent/CN112903242A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104979026A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-10-14 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 水下维修工艺研究试验平台 |
| CN206348096U (zh) * | 2016-12-13 | 2017-07-21 | 中国海洋大学 | 一种实验用系缆拖曳力测量装置 |
| CN108344389A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-07-31 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置及实验方法 |
| CN208705002U (zh) * | 2018-09-19 | 2019-04-05 | 中南大学 | 一种模拟深海采矿软管力学行为的实验装置 |
| CN109253857A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-22 | 山东科技大学 | 一种模拟深海采矿扬矿作业的实验装置 |
| CN209852549U (zh) * | 2019-03-29 | 2019-12-27 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种水下拖体姿态调节结构 |
| CN211784223U (zh) * | 2020-01-14 | 2020-10-27 | 浙江大学 | 一种研究锚链循环运动下动力响应与流场特征的实验装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘明龙: "基于悬链线理论的柔索空间构型与张力的实验研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114136522A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 中国科学院力学研究所 | 一种柔性结构拖曳实验的测力装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100445713C (zh) | 高温超导磁悬浮动态性能测试装置及使用该装置的测试方法 | |
| CN108254157B (zh) | 一种内波与潜体相互作用的实验系统 | |
| CN102305696B (zh) | 阶梯流下顶部可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置 | |
| CN109975156B (zh) | 一种模拟柔性管线冲刷和涡激振动的实验装置和方法 | |
| CN102313636B (zh) | 阶梯流下顶端可运动深海立管模型涡激振动模拟试验装置 | |
| CN105035262B (zh) | 船舶适航测试仪 | |
| CN102410918B (zh) | 均匀流下顶端可运动深海立管模型涡激振动模拟试验装置 | |
| CN104875848B (zh) | 船舶适航性能测试系统 | |
| CN110057559B (zh) | 一种多自由度海洋立管试验装置 | |
| CN112758275B (zh) | 一种研究波浪对六自由度浮式平台的砰击荷载的实验装置 | |
| CN102564903B (zh) | 一种测试液化砂土流动特性的试验装置和测试方法 | |
| CN111366332B (zh) | 一种三自由度分解系泊结构测量实验装置 | |
| CN108444816B (zh) | 一种岩体结构面循环剪切试验仪及试验方法 | |
| CN102053000A (zh) | 剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置 | |
| CN108344389A (zh) | 一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置及实验方法 | |
| CN102305697B (zh) | 均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置 | |
| CN112903242A (zh) | 一种线缆空间形态与力学行为测试装置及其测试方法 | |
| CN111537191A (zh) | 一种波浪作用下二维晃荡响应水箱的实验装置 | |
| CN112903241A (zh) | 一种模拟深海采矿的试验系统及其操作方法 | |
| CN107515097A (zh) | 系泊系统水平刚度试验多向分级加载装置 | |
| CN104374656B (zh) | 一种海底管道侧向移动载荷试验装置 | |
| CN109839312B (zh) | 空气中系泊缆静态刚度标定装置 | |
| CN101963542B (zh) | 斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载模拟装置及方法 | |
| CN116183162B (zh) | 浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置和方法 | |
| CN116907790A (zh) | 一种用于模拟沉管管节拖航过程的风浪流生成系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210604 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |