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内波水平力的测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于海洋内波观测领域，涉及一种能够在内波水槽中测量内波对圆柱体结构物水平作用力以及作用力沿深度分布的系统。该系统包括固定夹具、等直径套筒和测力系统，固定夹具包括前部夹具、后部固定端；前部夹具和后部固定端的夹持部为弧面；套筒包括上部套筒和下部套筒，套筒的外圆半径和固定夹具夹持部的弧面曲率半径相吻合；前部夹具、后部固定端的夹持部夹持上部套筒后用螺丝固定；下部套筒与固定底座连接固定；测力系统安装在上部套筒和下部套筒之间。本实用新型的内波水平力的测量系统能够通过调节固定夹具的夹持位置调节测力系统所处位置，达到测量不同深度处内波对圆柱体模型的水平作用力，探究内波水平作用力沿深度分布的目的。
【专利说明】内波水平力的测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于海洋内波观测领域，具体涉及一种能够在内波水槽中，测量内波对圆柱体结构物水平作用力以及作用力沿深度分布的系统。
【背景技术】
[0002]海洋内波是发生在密度稳定层化的海水内部的一种波动，其波幅大，波长长，蕴含能量巨大，形成突发水平剪切流，导致较大水平流速，对处于其中的海洋工程结构物造成巨大威胁。在我国南海海域，频繁发生的内波活动已经成为影响石油天然气开采工程中仅次于台风的影响因素。海洋结构物一旦遭到破坏，除了引起巨大的经济损失之外，必将引起重大的环境污染以及次生灾害。
[0003]圆柱体结构是海洋工程结构物中基本的结构形式，其在内波作用下的水动力性能是关乎海洋工程结构物能否在内波作用下安全稳定运营的重要影响因素，也是海洋工程结构在设计时需要特别关注的问题。
[0004]由于海洋内波的难预测性以及现有测量手段的限制，很难将海洋结构物在内波作用下的实际受力情况测量出来，尤其是海洋内波对结构物水平作用力沿着深度的分布情况。因此在目前对于内波与结构物相互作用的研究当中，数值模拟和模型试验成为研究主要手段。但是在目前内波作用下的圆柱体模型试验中，或者其他的内波模型试验，主要探究了内波作用在通长圆柱体桩柱上的或者在其他模型上整体的作用效果，并未细化到局部受力，既内波作用效果沿着深度的分布。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是克服实验室内波测量上的困难，结合圆柱体模型在内波作用的实际受力情况，设计了一种能够进行内波水平力及其沿深度分布的测量系统，测量内波对圆柱体模型的水平作用力以及其沿深度的分布。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:内波水平力的测量系统，包括固定夹具、等直径套筒和测力系统，所述固定夹具包括前部夹具、后部固定端；前部夹具和后部固定端的夹持部为弧面，其能与套筒吻合；套筒包括上部套筒和下部套筒，套筒的外圆半径和固定夹具夹持部的弧面曲率半径相吻合；前部夹具、后部固定端的夹持部夹持上部套筒后用螺丝固定；下部套筒与固定底座连接固定；测力系统安装在上部套筒和下部套筒之间。
[0007]所述的测力系统主要包括上部固定端、传感器、下部固定端、圆柱体模型；上部固定端的直径与上部套筒内径相同，嵌套在上部套筒内部，上部固定端的下部有连结传感器的接头，与传感器用螺丝固定；传感器的下部与下部固定端用螺丝固定；下部固定端的直径与圆柱体模型内径相同，嵌套在圆柱体模型内部。
[0008]所述下部套筒可做成不同长度，与上部套筒配合使用。
[0009]经试验验证，本实用新型的内波水平力的测量系统能够通过调节固定夹具的夹持位置调节测力系统所处位置，达到测量不同深度处内波对圆柱体模型的水平作用力，探究内波水平作用力沿深度分布的目的。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的内波水平力的测量系统的结构示意图；
[0011]图2是图1中测力系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，内波水平力的测量系统，包括固定夹具、等直径套筒和测力系统，固定夹具包括前部夹具5、后部固定端6 ;前部夹具5和后部固定端6的夹持部为弧面，其能与套筒吻合；套筒包括上部套筒4和下部套筒2，套筒的外圆半径和固定夹具夹持部的弧面曲率半径相吻合；前部夹具5、后部固定端6的夹持部夹持上部套筒4后，用螺丝将前部夹具5和后部固定端6固定在一起，从而将上部套筒4固定；下部套筒2与固定底座I连接固定；测力系统安装在上部套筒4和下部套筒2之间。
[0013]测力系统主要包括上部固定端8、传感器9、下部固定端10、圆柱体模型11 ;上部固定端8的直径与上部套筒4内径相同，嵌套在上部套筒4内部，上部固定端8的下部有连接传感器9的接头，与传感器9用螺丝固定；传感器9的下部与下部固定端10用螺丝固定；下部固定端10的直径与圆柱体模型11的内径相同，嵌套在圆柱体模型11内部。
[0014]上部套筒4预留较长长度，以便于调整传感器所处深度；下部套筒2根据需要准备不同长度几组，与上部套筒配合使用。
[0015]在实验室对内波进行测量时，设备安装及方法实施按以下步骤进行:
[0016]1、将后部固定端6放置于内波水槽上方一定高度处固定，根据试验所要测量内波水平力的深度，确定下部套筒2的长度，并将固定底座I固定于水槽底部。
[0017]2、将下部固定端10嵌套于圆柱体模型11中，并将传感器9与下部固定端10用螺丝固定。用同样的方法固定上部固定端8和上部套筒4，然后将传感器9上部和上部固定端8用螺丝固定。即上部套筒4和圆柱体模型11通过传感器9相连，圆柱体模型11所受内波水平作用传递到传感器上。传感器外接动态电阻应变仪。注意保持圆柱体模型与上部固定端留有一定缝隙。使其既能还原真实流场，又不对圆柱体受力造成影响。
[0018]3、将上部套筒4以及连结其上的圆柱体模型11通过前部夹具5固定在后部固定端6上，并通过调节螺丝来调节圆柱体模型所处深度，使圆柱体模型位于下部套筒2的正上方，并且两者之间留有一定缝隙，使其既能还原真实流场，又不对圆柱体受力造成影响。
[0019]4、系统安装好后在水槽内注水造波，进行测量工作，通过调节上部套筒4的夹持位置以及变换不同长度的下部套筒2达到测量不同深度处圆柱体模型上内波水平作用力的目的。
[0020]在整个系统中，因所测量作用力比较微小，在安装传感器的过程中要轻拿轻放，并保持圆柱体模型和传感器的竖直状态，防止传感器过载。
【权利要求】
1.内波水平力的测量系统，其特征在于:包括固定夹具、等直径套筒和测力系统；所述固定夹具包括前部夹具、后部固定端；前部夹具和后部固定端的夹持部为弧面，其能与套筒吻合；套筒包括上部套筒和下部套筒，套筒的外圆半径和固定夹具夹持部的弧面曲率半径相吻合；前部夹具、后部固定端的夹持部夹持上部套筒后用螺丝固定；下部套筒与固定底座连接固定；测力系统安装在上部套筒和下部套筒之间。
2.根据权利要求1所述的内波水平力的测量系统，其特征在于:所述的测力系统主要包括上部固定端、传感器、下部固定端、圆柱体模型；上部固定端的直径与上部套筒内径相同，嵌套在上部套筒内部，上部固定端的下部有连结传感器的接头，与传感器用螺丝固定；传感器的下部与下部固定端用螺丝固定；下部固定端的直径与圆柱体模型内径相同，嵌套在圆柱体模型内部。
3.根据权利要求1或2所述的内波水平力的测量系统，其特征在于:所述的下部套筒可做成不同长度，与上部套筒配合使用。
【文档编号】G01M10/00GK203657959SQ201320685922
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】郭海燕, 王飞, 王新超, 吴凯锋, 殷文明, 牛建杰, 李伟民, 赵伟, 张克超, 苗得胜, 崔鹏, 沙鑫, 林超, 马东, 王伟 申请人:中国海洋大学