CN218381528U - 一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置，包括水下结构物模型；测力传感器，内嵌设置在所述水下结构物模型内部，并与所述水下结构物模型的内壁固定连接，用于检测所述水下结构物模型的三维受力数据；高度可调的伸缩杆，其一端伸入所述水下结构物模型内部与所述测力传感器连接，另一端与一底盘固定连接，所述底盘用于支撑整个装置；测力传感器通过应变测量仪和信号放大器连接PC端。本实用新型能够保证在不影响整体流场的情况下，精确测量作用于任意形状的水下结构物的作用力，为海洋工程结构物的设计提供可靠的理论依据和技术保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下结构物与内波相互作用机理的研究，具体是一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置。
背景技术
内孤立波的特征波长达上千米，波幅达数百米，这种大幅度的内部波动产生的水下强流产生的冲击载荷是海洋结构物疲劳损伤的主要来源之一，评估内孤立波载荷已成为海洋工程结构物设计中必须考虑的一个重要因素。
由于海洋内孤立波与水下结构物相互作用情况，由于内孤立波难以观测，开展实物试验存在很大困难和花费高昂，在实验室开展物理模型试验便成为必要且可靠的研究方法。
目前针对水下结构物在内孤立波环境中的水动力性能研究，大多数都是测力传感器外置于结构物的形式测力，以细长剑杆两端分别与模型和测力传感器固接的方式间接测量结构物的载荷，如专利号ZL201810114516.7公开的一种内波与潜体相互作用的实验系统，以及申请号202110436236.X公开的一种双杆连接的潜体遭遇内孤立波试验测量系统和测量方法，但这种方式存在对初始流场扰动大，剑杆受力对结构物受力的干扰无法避免的问题，进而影响内孤立波载荷测力的精确性，因此设计一种可精确实现水下结构物的嵌入式测力装置是十分必要的。
实用新型内容
针对上述现有测力装置中的不足，本实用新型提供一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置，本实用新型能够保证在不影响整体流场的情况下，精确测量作用于任意形状的水下结构物的作用力，为海洋工程结构物的设计提供可靠的理论依据和技术保障。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种水下结构物与内孤立波作用的测力装置，包括：
水下结构物模型；
测力传感器，内嵌设置在所述水下结构物模型内部，并与所述水下结构物模型的内壁固定连接，用于检测所述水下结构物模型的三维受力数据；
高度可调的伸缩杆，其一端伸入所述水下结构物模型内部与所述测力传感器连接，另一端与一底盘固定连接，所述底盘用于支撑整个装置；
测力传感器通过应变测量仪和信号放大器连接PC端。
所述水下结构物模型为分体式结构，分别是位于最中间的模型中间段和与所述模型中间段一端可拆卸连接的模型首段以及与所述模型中间段另一端可拆卸连接的模型尾段，其中，所述模型中间段的顶部开设有供螺丝的螺纹段穿过的第一通孔，螺丝的螺纹段穿过所述第一通孔后与所述测力传感器顶部的第一螺纹孔螺纹连接；
所述模型中间段的底部设有供所述高度可调的伸缩杆穿过的第二通孔。
所述第一通孔为两个，两个第一通孔以所述模型中间段中心对称布置。
所述高度可调的伸缩杆3包括同轴套接的内杆和外杆，内杆和外杆之间通过螺钉固定，位于上部的内杆顶部设有第一螺杆段，所述第一螺杆段穿过模型中间段底部所述第二通孔后与测力传感器底部的第二螺纹孔螺纹连接；
位于下部的外杆底部设有第二螺杆段，第二螺杆段与底盘螺纹连接。
所述模型中间段与模型首段连接的部分、以及模型中间段与模型尾端连接的部分分别设有供螺丝穿过的第三通孔，模型中间段、模型首段以及模型尾端之间通过螺丝固定连接。
所述测力传感器为三分力测力传感器，所述三分力测力传感器的顶端具有弧面，所述模型中间段为筒形，所述弧面与模型中间段的顶部内壁相适配。
所述水下结构物模型采用聚氯乙烯材料制作。
所述底盘的底部设有支脚，支脚的数量为3个，3个所述支脚以所述底盘中心呈中心对称布置。
有益效果：
本实用新型由于采用了以上技术方案，相比于现有测力装置具有以下有益效果：
本实用新型的实验装置由水下结构物模型、测力传感器、高度可调的伸缩杆和底盘组成，由于测力传感器内嵌设置在水下结构物模型的内部，避免了水下结构物内孤立波载荷的测量结果受其他因素的干扰，有效保证了水下结构物的内孤立波载荷测量的精确性。
通过所述高度可调的伸缩杆改变结构物模型在实验室水槽中的深度，使其测量海洋结构物与不同水下深度传播的内孤立波相互作用力；
通过转动底盘改变内孤立波与结构物模型相互作用的角度，进而测量处于不同水下深度的海洋结构物模型和不同传播角度的内孤立波相互作用时的受力情况。
附图说明
图1为水下结构物与内孤立波相互作用的嵌入式测力装置结构示意图；
图2为三段式水下结构物模型的结构示意图；
图3为测力传感器示意图；
图4为升降式可调支撑杆示意图；
图5为圆形支撑底盘示意图；
图6为水平有限长水下结构物模型与内孤立波相互作用的嵌入式测力装置示意图；
其中，1、水下结构物模型；2、测力传感器；3、高度可调的伸缩杆；4、底盘；
11、模型中间段；12、第一通孔；13、第三通孔；14、第二通孔；15、模型首段；16、模型尾段；
21、第一螺纹孔；22、第二螺纹孔；
31、内杆；32、螺钉；33、外杆；
41、底盘上螺纹孔。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
下面根据附图图1～图6，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的技术方案。
请参阅图1～图6，本实用新型一种水下结构物与内孤立波作用的测力装置，包括一水下结构物模型1、测力传感器2、高度可调的伸缩杆3和底盘4；
测力传感器2放置于水下结构物模型1内部；
高度可调的伸缩杆3的上端与测力传感器2连接，高度可调的伸缩杆3的下端与底盘4连接。
水下结构物模型1由模型首段15、模型尾段16和模型中间段11组成，模型中间段11顶部有两个第一通孔12，通过两螺丝与测力传感器2顶部的第一螺纹孔21连接。
模型中间段边缘有八个第三通孔13，模型中间段通过八个螺丝分别与模型首段15和模型尾段16连接。模型中间段11底部设有供所述高度可调的伸缩杆穿过的第二通孔14。
测力传感器2顶部设有两个第一螺纹孔21，测力传感器2底部设有第二螺纹孔22。
高度可调的伸缩杆3由上部内杆31和下部外杆33组成，两者通过四个螺钉固定，上部内杆31顶部设有第一螺杆段，第一螺杆段穿过第二通孔14与测力传感器底部的第二螺纹孔22连接；下部外杆底部有第二螺杆段，第二螺杆段与底盘螺纹连接。
本实用新型的工作原理是：以圆柱模型为例，本实用新型通过将测力传感器内置于模型中间段11中，通过将测力传感器2顶端与模型中间段11通过螺丝刚性固接，模型首段15和模型尾段16再分别与模型中间段11通过螺丝刚性固结，由此嵌入水下结构物模型内部的测力传感器可以测量内孤立波经过时对水下结构物模型的三维受力数据；
通过高度可调的伸缩杆3及底盘4刚性固接，由此可以改变水下结构物模型及测力传感器在实验室水槽中的深度，使其可以测量海洋结构物与不同水下深度传播的内孤立波相互作用力；
通过旋转底盘4可以改变内孤立波与水下结构物模型相互作用的角度，进而可以测量处于不同水下深度的水下结构物模型和不同传播角度的内孤立波相互作用时的受力情况，本实用新型装置由于测力传感器内嵌设置在水下结构物模型的内部，避免了水下结构物内孤立波载荷的测量结果受其他因素的干扰，有效保证了水下结构物的内孤立波载荷测量的精确性。
Claims (8)
1.一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，包括：
水下结构物模型；
测力传感器，内嵌设置在所述水下结构物模型内部，并与所述水下结构物模型的内壁固定连接，用于检测所述水下结构物模型的三维受力数据；
高度可调的伸缩杆，其一端伸入所述水下结构物模型内部与所述测力传感器连接，另一端与一底盘固定连接，所述底盘用于支撑整个装置；
测力传感器通过应变测量仪和信号放大器连接PC端。
2.根据权利要求1所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述水下结构物模型为分体式结构，分别是位于最中间的模型中间段和与所述模型中间段一端可拆卸连接的模型首段以及与所述模型中间段另一端可拆卸连接的模型尾段，其中，所述模型中间段的顶部开设有供螺丝的螺纹段穿过的第一通孔，螺丝的螺纹段穿过所述第一通孔后与所述测力传感器顶部的第一螺纹孔螺纹连接；
所述模型中间段的底部设有供所述高度可调的伸缩杆穿过的第二通孔。
3.根据权利要求2所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述第一通孔为两个，两个第一通孔以所述模型中间段中心对称布置。
4.根据权利要求2所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述高度可调的伸缩杆包括同轴套接的内杆和外杆，内杆和外杆之间通过螺钉固定，位于上部的内杆顶部设有第一螺杆段，所述第一螺杆段穿过模型中间段底部所述第二通孔后与测力传感器底部的第二螺纹孔螺纹连接；
位于下部的外杆底部设有第二螺杆段，第二螺杆段与底盘螺纹连接。
5.根据权利要求2所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述模型中间段与模型首段连接的部分、以及模型中间段与模型尾端连接的部分分别设有供螺丝穿过的第三通孔，模型中间段、模型首段以及模型尾端之间通过螺丝固定连接。
6.根据权利要求2所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述测力传感器为三分力测力传感器，所述三分力测力传感器的顶端具有弧面，所述模型中间段为筒形，所述弧面与模型中间段的顶部内壁相适配。
7.根据权利要求1所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述水下结构物模型采用聚氯乙烯材料制作。
8.根据权利要求1所述的水下结构物与内波相互作用力的测力装置，其特征在于，所述底盘的底部设有支脚，支脚的数量为3个，3个所述支脚以所述底盘中心呈中心对称布置。
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| CN202222314884.0U CN218381528U (zh) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | 一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置 |
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| CN202222314884.0U Active CN218381528U (zh) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | 一种水下结构物与内波相互作用力的测力装置 |
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- 2022-09-01 CN CN202222314884.0U patent/CN218381528U/zh active Active
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