CN210051510U - 一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置，涉及海洋工程实验领域，包括：水槽、造波机构、工装机构、测力机构以及模型机构；工装机构包括滑动组件和升降组件，滑动组件位置可调的相对固定在水槽上，升降组件设置于滑动组件上；测力机构悬挂固定于工装机构且相对水平放置于储水液面的上方位置；模型机构包括实验模型以及多个传力杆，多个传力杆间隔设置且位于同一直线上，实验模型部分置放于储水液面中。本申请的实验装置，通过在水槽内模拟海洋波浪变化，以研究实验模型的受力情况。实验模型通过工装机构位置可调的设置在水槽内，且之间设有测力机构，以实时监测波浪对实验模型的作用力，得出实验模型的受力数据，便于受力研究。

Description

一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置

技术领域

本实用新型涉及海洋工程实验领域，具体而言，涉及一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置。

背景技术

海洋装置往往处于复杂多变的海洋环境中，时长经受海风、海浪等作用。由于潮汐影响，海浪往复作用于漂浮在海面的装置平台上，对于平台的稳定性以及疲劳寿命都会产生不利的影响。此外，波浪等作用力往往是海洋装置实际所受的载荷力，明确波浪作用力的变化规律在海洋平台设计中，针对强度、稳定性的分析都具有十分重要的作用。

为了方便研究海洋装置所受波浪力的影响，以满足设计要求，因此急需设计一种便捷的实验装置，用以模拟波浪，研究平台的受力情况。

实用新型内容

本实用新型公开了一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置，操作便捷，得出实验模型所受波浪作用力的数据，以实现模拟海洋波浪变化，研究装置平台的受力情况。

本实用新型采用了如下方案：

一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置，包括：水槽、造波机构、工装机构、测力机构以及模型机构；水槽具有一储水液面；造波机构置于所述水槽一侧的内侧壁，用以在所述水槽内形成波浪；工装机构包括滑动组件和升降组件，所述滑动组件位置可调的相对固定在所述水槽上，且位于所述储水液面的上方位置，所述升降组件设置于所述滑动组件上，可沿所述滑动组件的竖向方向相对调节后固定；测力机构悬挂固定于所述工装机构且相对水平放置于所述储水液面的上方位置，包括固定连接至所述升降组件端部的第一面板、与所述第一面板平行设置的第二面板以及固设于所述第一面板与所述第二面板的两端面之间的力传感器；模型机构包括横置于所述水槽内的实验模型以及垂直固定在所述实验模型与所述第二面板之间的多个传力杆，多个传力杆之间间隔设置且位于同一直线上，所述实验模型部分置放于所述储水液面中。

作为进一步改进，所述水槽设有顶部开口，所述滑动组件包括沿所述水槽长度方向布设的两个滑轨以及滑动置于两个所述滑轨上的滑座，两个所述滑轨分别设置于所述水槽顶部开口的两侧位置，所述滑座沿所述滑轨方向移动后相对锁紧固定在所述滑轨上。

作为进一步改进，所述升降组件包括固定在所述滑座一侧的套筒以及套设于所述套筒内的杆体，所述套筒竖向设置且位于所述顶部开口内，所述杆体沿所述套筒的开设方向上下移动后相对锁紧固定在所述套筒上。

作为进一步改进，所述杆体与所述第一面板之间设有一夹紧机构，所述夹紧机构固设于所述杆体的端部，且所述夹紧机构的夹部装夹至所述第一面板的侧面位置。

作为进一步改进，所述力传感器为三维力传感器，且设有四个，四个所述三维力传感器固设在所述第一面板、第二面板的四角位置，且均贴合在所述第一面板、第二面板的内端面之间；所述三维力传感器均电性连接至与之相适配的测力仪器中，用以处理所述三维力传感器采集到的所述模型机构所受波浪作用力的数据。

作为进一步改进，所述传力杆均为螺杆，所述螺杆的一端垂直穿设于所述第二面板，且通过与之适配的螺母紧固在所述第二面板上，所述螺杆的另一端与所述实验模型通过钢箍固定相连。

作为进一步改进，所述造波机构的造波宽度与所述水槽的宽度一致，所述水槽远离所述造波机构的一端设有一与所述水槽宽度一致的消波机构，所述测力机构、模型机构位于所述造波机构、消波机构之间。

通过采用上述技术方案，本实用新型可以取得以下技术效果：

本申请的实验装置，用于研究海洋波浪作用力，通过在水槽内模拟海洋波浪变化，以研究实验模型的受力情况。实验模型通过工装机构位置可调的设置在水槽内，且之间设有测力机构，以实时监测波浪对实验模型的作用力，得出实验模型的受力数据，便于受力研究。

进一步地，测力机构与模型机构相互垂直设置在同一竖直平面上，且均通过工装机构实现沿水槽的长度方向位置可调后相对固定，沿水槽的竖直方向位置可调后相对固定，以分别控制模型机构的实验模型与造波机构之间的距离以及相对于储水液面的高度距离，实现多组不同变量的实验研究。

进一步地，测力机构包括第一面板、第二面板以及固定设置在两面板之间的力传感器，测力机构相对水平悬挂置于工装机构下方，且第一面板固定装夹在工装机构上，第二面板通过传力杆与实验模型垂直相连，使得实验模型受到波浪作用力后，通过传力杆将作用力传递至第二面板上的力传感器上，由于第一面板相对第二面板稳固在工装机构上，使得第二面板受力后直接传力至力传感器中，以准确力传感器的采集数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例的用于研究海洋波浪作用力的实验装置在第一视角下的结构示意图，其中，虚线表示储水液面；

图2是本实用新型实施例的用于研究海洋波浪作用力的实验装置在第二视角下的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的用于研究海洋波浪作用力的实验装置在第三视角下的结构示意图，其中，虚线表示储水液面；

图4是本实用新型实施例的用于研究海洋波浪作用力的实验装置在另一视角下的结构示意图，其中，虚线表示储水液面；

图5是本实用新型实施例的用于研究海洋波浪作用力的实验装置的工装机构、测力机构和实验模型之间的配合结构示意图；

图6是图5在另一视角下的结构示意图；

图7是图5在其他视角下的结构示意图，其中，右侧为部分拆解示意图和局部放大示意图。

图标：1-水槽；11-储水液面；12-支撑架；2-造波机构；3-工装机构；31-滑动组件；311-滑轨；312-滑座；32-升降组件；321-套筒；322-杆体；4-测力机构；41-第一面板；42-第二面板；43-力传感器；5-模型机构；51-实验模型；52-传力杆；53-钢箍；6-消波机构；7-夹紧机构。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

结合图1至图4，本实施例提供了一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置，包括：水槽1、造波机构2、工装机构3、测力机构4以及模型机构5。

水槽1具有一储水液面11，在本实施例中，水槽1的底端设有四个支撑架12，四个支撑架12均设在水槽1底端用以将水槽1支撑固定在地面上，保证储水液面11尽可能的不受地面其他振动因素的影响。

造波机构2置于水槽1一侧的内侧壁，用以在水槽1内形成波浪。造波机构2可通过控制箱(图未示)和推波板(图未示)，以实现将储水液面11模拟成处于运动状态的波浪。通过造波机构2模拟波浪，从而用于分析波浪作用力对装置平台产生的影响。

进一步地，造波机构2的造波宽度与水槽1的宽度一致，保证了有效的沿水槽1的长度方向模拟制造波浪。在本实施例中，水槽1远离造波机构2的一端设有一与水槽1宽度一致的消波机构6，且测力机构4、模型机构5位于造波机构2、消波机构6之间。具体地，消波机构6可以是通过两个相对贴合在水槽1上的定型板(图未示)及多排平行的柱体(图未示)，且每排均具有多根平行的柱体，相邻两排柱体之间交错设置，所有柱体安装在两个定型板之间柱体的尺寸和排布方式可根据实验中对孔隙率要求和消波效果设计，且交错设置能够使多个柱体之间形成互相遮挡的良好消波效果。

工装机构3包括滑动组件31和升降组件32。滑动组件31位置可调的相对固定在水槽1上，且位于储水液面11的上方位置，升降组件32设置于滑动组件31上，可沿滑动组件31的竖向方向相对调节后固定。具体地，水槽1设有顶部开口(图未示)，滑动组件31包括沿水槽1长度方向布设的两个滑轨311以及滑动置于两个滑轨311上的滑座312。两个滑轨311分别设置于水槽1顶部开口的两侧位置，滑座312沿滑轨311方向移动后相对锁紧固定在滑轨311上，以保证实验测力过程中，波浪作用于滑动组件31，滑座312与滑轨311之间调整位置后不会再相对滑动，精确测力采集的数据。可以理解的是，滑座312在滑动调整与造波机构2之间的距离后，实现滑座312与滑轨311之间的相对锁紧，可以是通过紧固件(图未示)穿设抵接至滑座312与滑轨311的滑动配合面，通过拴紧或旋松紧固件以实现滑轨311与滑座312之间的相对锁紧或相对滑动，也可以是通过其他紧固配合来实现，在此不再赘述。

升降组件32包括固定在滑座312一侧的套筒321以及套设于套筒321内的杆体322。套筒321竖向设置且位于水槽1的顶部开口内，杆体322沿套筒321的开设方向上下移动后相对锁紧固定在套筒321上。滑座312沿滑轨311方向滑动，以带动穿设于套筒321的杆体322在顶部开口内沿水槽1的长度方向移动，且套筒321竖向设置在滑座312一侧，使得穿设于套筒321的杆体322竖向设置，保持与储水液面11垂直状态。可以理解的是，杆体322沿套筒321的开设方向上下移动，调整杆体322与储水液面11的高度距离后，相对锁紧固定在套筒321上，可以是通过紧固件(图未示)穿设套筒321抵接至杆体322的表面，通过拴紧或旋松紧固件以实现杆体322与套筒32之间的相对锁紧或相对移动，也可以是通过其他紧固配合来实现，在此不再赘述。

请参阅图1和图2，测力机构4悬挂固定于工装机构3且相对水平放置于储水液面11的上方位置。测力机构4包括固定连接至升降组件32端部的第一面板41、与第一面板41平行设置的第二面板42以及固设于第一面板41与第二面板42的两端面之间的力传感器43。在本实施例中，为更好的稳固测力机构4，将其水平放置于储水液面11的上方位置，杆体322与第一面板41之间设有一夹紧机构7，夹紧机构7固设于杆体322的端部，且夹紧机构7的夹部装夹至第一面板41的侧端面位置，使得第一面板41垂直装夹在杆体322的下端部。优选地，夹紧机构7为端面夹紧卡盘，通过卡盘的活动卡爪相对移动，卡紧在第一面板41的侧端面上，以稳固测力机构4水平放置在水槽1的储水液面上。由于第一面板41相对第二面板42稳固在工装机构3上，使得第二面板42受力后直接传力至力传感器43中，以准确力传感器43的采集实验数据。

进一步地，力传感器43为三维力传感器，且设有四个，四个三维力传感器固设在第一面板41、第二面板42的四角位置，且均贴合在第一面板41、第二面板42的内端面之间，使得测力机构4呈以盒状体，方便实验测试以及夹紧固定。三维力传感器均电性连接至与之相适配的测力仪器(图未示)中，用以处理三维力传感器采集到的模型机构5所受波浪作用力的数据。

请参阅图5、图6和图7，模型机构5包括横置于水槽1内的实验模型51以及垂直固定在实验模型51与第二面板42之间的多个传力杆52。多个传力杆52之间间隔设置且位于同一直线上，实验模型51部分置放于储水液面11中。具体地，实验模型51通过传力杆52垂直放置在储水液面11上，便于三维力传感器对整个实验模型51所受波浪作用力进行采集汇总至测力仪器中。测力机构4与模型机构5相互垂直设置在同一竖直平面上，且均通过工装机构3实现沿水槽1的长度方向位置可调后相对固定，沿水槽1的竖直方向位置可调后相对固定，以分别控制模型机构5的实验模型51与造波机构2之间的距离以及相对于储水液面11的高度距离，实现多组不同变量的实验研究，进而分析不同的吃水深度以及相对波浪源的距离，分别研究波浪作用力对装置平台的作用规律。

优选地，传力杆52均为螺杆，螺杆的一端垂直穿设于第二面板42，且通过与之适配的螺母(图未示)紧固在第二面板42上，螺杆的另一端与实验模型51通过钢箍53固定相连。钢箍53套设固定在实验模型51的外表面，且每一螺杆均固定连接有一钢箍53，以将螺杆垂直固定在实验模型51与第二端面42之间。实验模型51是通过模拟装置平台，其形状与重量均与待研究的装置平台一致，用以代替装置平台实现通过实验测试方式研究装置平台所受波浪作用力的规律。

本申请的实验装置的实验测力方式如下：

实验模型51通过传力杆52垂直固设在测力机构4的下端，且测力机构4的第一端面41夹紧固定在工装机构3上，测力机构4处于水平横置状态，与工装机构3的杆体322相互垂直设置。实验模型51通过工装机构3的滑动组件31和升降组件32，调节实验模型51在水槽1中的水平位置和竖向位置后，测力机构4相对固定在调节后位置上。实验开始时，开启造波机构2，波浪作用力持续作用于实验模型51上，实验模型51将受到的波浪作用力经由传力杆52传递至第二端面42的力传感器43上，以实时采集实验模型51所受的波浪作用力。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，包括：

水槽，具有一储水液面；

造波机构，置于所述水槽一侧的内侧壁，用以在所述水槽内形成波浪；

工装机构，包括滑动组件和升降组件，所述滑动组件位置可调的相对固定在所述水槽上，且位于所述储水液面的上方位置，所述升降组件设置于所述滑动组件上，可沿所述滑动组件的竖向方向相对调节后固定；

测力机构，悬挂固定于所述工装机构且相对水平放置于所述储水液面的上方位置，包括固定连接至所述升降组件端部的第一面板、与所述第一面板平行设置的第二面板以及固设于所述第一面板与所述第二面板的两端面之间的力传感器；

模型机构，包括横置于所述水槽内的实验模型以及垂直固定在所述实验模型与所述第二面板之间的多个传力杆，多个传力杆之间间隔设置且位于同一直线上，所述实验模型部分置放于所述储水液面中。

2.根据权利要求1所述的用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，所述水槽设有顶部开口，所述滑动组件包括沿所述水槽长度方向布设的两个滑轨以及滑动置于两个所述滑轨上的滑座，两个所述滑轨分别设置于所述水槽顶部开口的两侧位置，所述滑座沿所述滑轨方向移动后相对锁紧固定在所述滑轨上。

3.根据权利要求2所述的用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，所述升降组件包括固定在所述滑座一侧的套筒以及套设于所述套筒内的杆体，所述套筒竖向设置且位于所述顶部开口内，所述杆体沿所述套筒的开设方向上下移动后相对锁紧固定在所述套筒上。

4.根据权利要求3所述的用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，所述杆体与所述第一面板之间设有一夹紧机构，所述夹紧机构固设于所述杆体的端部，且所述夹紧机构的夹部装夹至所述第一面板的侧面位置。

5.根据权利要求1所述的用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，所述力传感器为三维力传感器，且设有四个，四个所述三维力传感器固设在所述第一面板、第二面板的四角位置，且均贴合在所述第一面板、第二面板的内端面之间；所述三维力传感器均电性连接至与之相适配的测力仪器中，用以处理所述三维力传感器采集到的所述模型机构所受波浪作用力的数据。

6.根据权利要求1所述的用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，所述传力杆均为螺杆，所述螺杆的一端垂直穿设于所述第二面板，且通过与之适配的螺母紧固在所述第二面板上，所述螺杆的另一端与所述实验模型通过钢箍固定相连。

7.根据权利要求1所述的用于研究海洋波浪作用力的实验装置，其特征在于，所述造波机构的造波宽度与所述水槽的宽度一致，所述水槽远离所述造波机构的一端设有一与所述水槽宽度一致的消波机构，所述测力机构、模型机构位于所述造波机构、消波机构之间。

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