本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置和實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

海洋工程中當(dāng)海流經(jīng)過(guò)懸空的海底管道時(shí)會(huì)在其后方形成交替的渦旋脫落現(xiàn)象，產(chǎn)生周期性作用力。懸空的海底管線相當(dāng)于一個(gè)彈簧-阻尼系統(tǒng)，具有特定的頻率。當(dāng)管道的固有頻率與流體渦脫落頻率接近時(shí)，海底管道將自發(fā)的產(chǎn)生渦激振動(dòng)，長(zhǎng)期作用將導(dǎo)致管道的疲勞破壞。

渦激振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的流固耦合問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室模擬是一種重要的研究手段。通常的實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置包括管道模型、彈簧組、滑動(dòng)軌道和結(jié)構(gòu)框架等，共同組成一個(gè)彈簧-阻尼振動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變水流速度來(lái)研究管道模型發(fā)生振動(dòng)的臨界速度、振動(dòng)幅值和頻率等。阻尼是影響渦激振動(dòng)特性的一個(gè)重要因素，模型試驗(yàn)中阻尼主要來(lái)自于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的摩擦阻尼。通常摩擦阻尼隨振動(dòng)幅值變化，因此實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)阻尼的精準(zhǔn)測(cè)定；同時(shí)摩擦阻尼又很難消除和改變，這就很大程度上限制了關(guān)于阻尼對(duì)于渦激振動(dòng)影響的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置和實(shí)驗(yàn)方法，該裝置在實(shí)驗(yàn)室水槽內(nèi)模擬提出了一種海底管道渦激振動(dòng)模擬和測(cè)量方法，用以系統(tǒng)研究渦激振動(dòng)觸發(fā)及振幅等問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，可將研究成果應(yīng)用于海底管線的工程設(shè)計(jì)。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置，包括水槽、支撐框架、管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和測(cè)試系統(tǒng)；

所述支撐框架由架設(shè)在所述水槽上沿上的橫梁、垂直設(shè)置在所述橫梁上的兩個(gè)豎梁、以及設(shè)置于所述兩個(gè)豎梁下部的橫撐組成；所述支撐框架為所述橫梁、兩個(gè)豎梁、和橫撐構(gòu)成的固定的矩形框架；

所述管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括模擬管道、直線導(dǎo)軌、導(dǎo)軌滑塊和橫桿；所述導(dǎo)軌滑塊有四塊，分別對(duì)稱固定在所述兩個(gè)豎梁上；所述直線導(dǎo)軌有兩個(gè)，分別通過(guò)導(dǎo)軌滑塊安裝在所述兩個(gè)豎梁上，所述直線導(dǎo)軌能自由上下運(yùn)動(dòng)；所述橫桿、模擬管道分別設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌的上、下兩端，構(gòu)成一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)；所述橫桿兩側(cè)分別設(shè)置有主彈簧，通過(guò)主彈簧或連桿連接在所述橫梁上；

所述測(cè)試系統(tǒng)包括控制主機(jī)、激光位移傳感器、拉壓力傳感器和流速儀；所述拉壓力傳感器有兩個(gè)，分別安裝于直線導(dǎo)軌與管道模型交匯處；所述激光位移傳感器安裝在所述橫梁上；所述流速儀安裝在模擬管道一側(cè)；所述激光位移傳感器、拉壓力傳感器和流速儀分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述控制主機(jī)連接。

利用如上海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置進(jìn)行自由阻尼下的管道渦激振動(dòng)模擬，包括如下步驟：

1)向模擬管道施加一個(gè)向下的位移，記錄激光位移傳感器相應(yīng)的輸出電壓，并通過(guò)擬合得出位移和電壓之間的標(biāo)定系數(shù)，導(dǎo)入標(biāo)定系數(shù)，對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定；

2)測(cè)定自由振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)：向模擬管道施加一個(gè)向下的位移然后放開(kāi)，令系統(tǒng)在僅受重力作用下進(jìn)行自由振動(dòng)；利用激光位移傳感器記錄自由振動(dòng)振幅的衰減過(guò)程，根據(jù)公式ζ＝ln(A_i/A_i+n)/(2πn)計(jì)算阻尼系數(shù)，其中A_i和A_i+n代表第i和i+n次自由振動(dòng)的振幅；

測(cè)定主彈簧的剛度系數(shù)：對(duì)主彈簧施加一個(gè)外力使其伸長(zhǎng)，利用拉壓力傳感器記錄所施加的外力，利用激光位移傳感器測(cè)量主彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，然后根據(jù)公式K₁＝F₁/X₁計(jì)算主彈簧的剛度系數(shù)，其中K₁為主彈簧的剛度系數(shù)，X₁為主彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，F(xiàn)₁為所施加的拉力；

3)向水槽中加入水至實(shí)驗(yàn)水位，約模擬管道直徑的10倍；開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，利用水槽端設(shè)置的水泵驅(qū)動(dòng)水槽內(nèi)水體流動(dòng)，使水流速度勻速增加，直到管道發(fā)生渦激振動(dòng)。

進(jìn)一步，所述橫桿中部還設(shè)有一個(gè)附加彈簧；所述附加彈簧上側(cè)安裝有絲杠付，所述絲杠付與安裝有減速器的伺服電機(jī)相連接；所述伺服電機(jī)與所述控制主機(jī)相連；所述控制主機(jī)能控制所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整所述絲杠付的長(zhǎng)度，從而調(diào)整所述附加彈簧的長(zhǎng)度。優(yōu)選，所述絲杠付的絲杠螺母固定在減速器一側(cè)，絲杠下端直接或者連接軸承后與附加彈簧連接。

利用如上所述海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置進(jìn)行可控阻尼下的管道渦激振動(dòng)模擬，包括如下步驟：

1)向模擬管道施加一個(gè)向下的位移，記錄激光位移傳感器相應(yīng)的輸出電壓，并通過(guò)擬合得出位移和電壓之間的標(biāo)定系數(shù)，導(dǎo)入標(biāo)定系數(shù)，對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定；

2)測(cè)定自由振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)：向模擬管道施加一個(gè)向下的位移然后放開(kāi)，令系統(tǒng)在僅受重力作用下進(jìn)行自由振動(dòng)；利用激光位移傳感器記錄自由振動(dòng)振幅的衰減過(guò)程，根據(jù)公式ζ＝ln(A_i/A_i+n)/(2πn)計(jì)算阻尼系數(shù)，其中A_i和A_i+n代表第i和i+n次自由振動(dòng)的振幅；

測(cè)定主彈簧的剛度系數(shù)：對(duì)主彈簧施加一個(gè)外力使其伸長(zhǎng)，利用拉壓力傳感器記錄所施加的外力，利用激光位移傳感器測(cè)量主彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，然后根據(jù)公式K₁＝F₁/X₁計(jì)算主彈簧的剛度系數(shù)，其中K₁為主彈簧的剛度系數(shù)，X₁為主彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，F(xiàn)₁為所施加的拉力；

3)測(cè)試附加彈簧的剛度系數(shù)：給附加彈簧施加一個(gè)外力使其伸長(zhǎng)，利用激光位移傳感器測(cè)量其伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，利用拉壓力傳感器測(cè)量施加外力的大小，根據(jù)公式K₂＝F₂/X₂計(jì)算附加彈簧的剛度系數(shù)，其中K₂為附加彈簧的剛度系數(shù)，X₂為附加彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，F(xiàn)₂為所施加的外力；

4)向水槽中加水至實(shí)驗(yàn)水深；打開(kāi)控制主機(jī)中的阻尼運(yùn)動(dòng)控制程序，在控制程序中輸入附加彈簧的剛度系數(shù)K₂以及預(yù)期的附加阻尼C₁；控制程序則根據(jù)公式X＝C₁/K₂計(jì)算控制絲杠付的運(yùn)動(dòng)位移X，控制程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)給伺服電機(jī)，然后通過(guò)減速器的轉(zhuǎn)換，變成絲杠付的運(yùn)動(dòng)位移X，從而控制附加彈簧的伸長(zhǎng)和縮短，以起到附加運(yùn)動(dòng)阻尼的效果。

進(jìn)一步，所述主彈簧被剛性連桿所替換，去掉所述附加彈簧，將所述絲杠付直接連接在所述減速器和橫桿連接。利用該海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置進(jìn)行海底管道強(qiáng)迫振動(dòng)模擬，包括如下步驟：

1)向模擬管道51施加一個(gè)向下的位移，記錄激光位移傳感器相應(yīng)的輸出電壓，并通過(guò)擬合得出位移和電壓之間的標(biāo)定系數(shù)，導(dǎo)入標(biāo)定系數(shù)，對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定；

2)向水槽中加水至實(shí)驗(yàn)水深；在靜水或者固定水流速度下，通過(guò)控制主機(jī)1給定伺服電機(jī)81一個(gè)固定的正弦信號(hào)，來(lái)控制所述絲杠付輸出的振動(dòng)幅值和頻率，在絲杠付的作用下管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)5發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明提供的海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置和實(shí)驗(yàn)方法具有如下特點(diǎn)：

(一)可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)阻尼

目前實(shí)驗(yàn)室中管道渦激振動(dòng)模擬中的阻尼主要來(lái)自結(jié)構(gòu)阻尼，既很難測(cè)定，也不可消除，因此對(duì)精確研究渦激振動(dòng)特性帶來(lái)重要影響。本發(fā)明采用主動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移并反饋給控制主機(jī)，通過(guò)對(duì)位移求導(dǎo)得到模型運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)速度，同時(shí)分析得到實(shí)時(shí)的系統(tǒng)阻尼。由于阻尼力是與速度成正比關(guān)系的，因此通過(guò)控制主機(jī)給伺服電機(jī)傳輸相應(yīng)的信號(hào)，改變附加彈簧的長(zhǎng)度，對(duì)結(jié)構(gòu)施加一個(gè)與速度成正比的彈簧力來(lái)產(chǎn)生附加阻尼力，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總阻尼的改變。該方法既可以增加阻尼，也可以消除阻尼，甚至是實(shí)現(xiàn)負(fù)阻尼。

(二)采用閉環(huán)式控制系統(tǒng)

將自動(dòng)控制的概念和理論運(yùn)用于裝置的設(shè)計(jì)。通過(guò)在激光位移傳感器、數(shù)據(jù)線纜、數(shù)據(jù)采集卡、控制程序、交流伺服電機(jī)、減速器、連桿、附加彈簧、管道模型和激光位移傳感器之間形成一個(gè)閉環(huán)控制回路。交流伺服驅(qū)動(dòng)器帶有集成EMC濾波器，電機(jī)軸端帶有編碼器，電機(jī)內(nèi)部設(shè)有位置、速度和電流反饋。伺服系統(tǒng)采用本地控制模式，通過(guò)集成顯示終端設(shè)置驅(qū)動(dòng)器參數(shù)為交流伺服電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)?；贗SA/PCI總線能夠精確地控制所發(fā)出的脈沖頻率(電機(jī)速度)、脈沖個(gè)數(shù)(電機(jī)轉(zhuǎn)角)及頻率變化率(電機(jī)加速度)，能夠滿足全數(shù)字伺服電機(jī)的各種復(fù)雜控制要求。本控制程序采用高精度時(shí)間函數(shù)實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，可提高附加運(yùn)動(dòng)阻尼的控制精度。

(三)振動(dòng)位移、受力和流速等多物理參數(shù)同步測(cè)量

渦激振動(dòng)是一個(gè)流體和結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜耦合作用，涉及到結(jié)構(gòu)位移、受力和水流速度等多個(gè)物理參數(shù)的關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的測(cè)量方式通常對(duì)各個(gè)參數(shù)單獨(dú)測(cè)量，然后進(jìn)行處理，這樣很難分析出各物理因素交互作用的定量影響，并獲得反映工程實(shí)際中的客觀規(guī)律和各關(guān)鍵參量之間的定量關(guān)系，尤其是對(duì)于渦激振動(dòng)這樣復(fù)雜的流固耦合問(wèn)題。該同步測(cè)量系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)為NI公司的USB-6255高速同步數(shù)據(jù)采集卡，可以同步采集64個(gè)通道的模擬信號(hào)并可以產(chǎn)生8通道的數(shù)字輸出信號(hào)，可以同時(shí)采集激光位移傳感器、拉壓力傳感器和ADV流速儀的數(shù)據(jù)信號(hào)。利用每個(gè)傳感器的標(biāo)定曲線對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將其變?yōu)槲锢韰?shù)數(shù)據(jù)，所有的參數(shù)數(shù)據(jù)保存在同一個(gè)文件中，實(shí)現(xiàn)多物理參數(shù)的同步測(cè)試和分析。

(四)裝置功能的多用途及擴(kuò)展性

渦激振動(dòng)是一種由于流體的作用而自發(fā)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，本裝置除了可以實(shí)現(xiàn)阻尼可控的渦激振動(dòng)之外，還可以利用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。通過(guò)強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)的一些基本特性和規(guī)律。此時(shí)，將彈簧組去掉，將連桿直接連接到管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變運(yùn)動(dòng)周期和振幅，以實(shí)現(xiàn)管道模型的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。

此外，多物理參數(shù)同步測(cè)量系統(tǒng)提供了開(kāi)放式的數(shù)據(jù)采集模式，即對(duì)于不同的研究項(xiàng)目，可根據(jù)需要任意添加和刪減采集通道，即增加傳感器的種類和數(shù)量，為數(shù)據(jù)后期處理提供了極大的便利。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置，包括水槽、支撐框架6、管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)5和測(cè)試系統(tǒng)；

所述支撐框架6由架設(shè)在所述水槽上沿上的橫梁61、垂直設(shè)置在所述橫梁61上的兩個(gè)豎梁62、以及設(shè)置于所述兩個(gè)豎梁62下部的橫撐63組成；所述支撐框架6為所述橫梁61、兩個(gè)豎梁62、和橫撐63構(gòu)成的固定的矩形框架；(橫撐63、兩個(gè)豎梁62均設(shè)置于水槽內(nèi)部)

所述管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括模擬管道51、直線導(dǎo)軌52、導(dǎo)軌滑塊53和橫桿54；所述導(dǎo)軌滑塊53有四塊，分別對(duì)稱固定在所述兩個(gè)豎梁62上；所述直線導(dǎo)軌52有兩個(gè)，分別通過(guò)導(dǎo)軌滑塊53安裝在所述兩個(gè)豎梁62上，所述直線導(dǎo)軌52能自由上下運(yùn)動(dòng)；所述橫桿54、模擬管道51分別設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌52的上、下兩端，構(gòu)成一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)；所述橫桿54兩側(cè)分別設(shè)置有主彈簧55，通過(guò)主彈簧55或連桿連接在所述橫梁61上；

所述測(cè)試系統(tǒng)包括控制主機(jī)1、激光位移傳感器7、拉壓力傳感器4和流速儀；所述拉壓力傳感器4有兩個(gè)，分別安裝于直線導(dǎo)軌52與管道模型51交匯處；所述激光位移傳感器7安裝在所述橫梁61上；所述流速儀安裝在模擬管道51一側(cè)；所述激光位移傳感器7、拉壓力傳感器4和流速儀分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與所述控制主機(jī)1連接。

該裝置可用于自由阻尼下的管道渦激振動(dòng)模擬再測(cè)試，步驟如下：

1)向模擬管道51施加一個(gè)向下的位移，記錄激光位移傳感器7相應(yīng)的輸出電壓，并通過(guò)擬合得出位移和電壓之間的標(biāo)定系數(shù)，導(dǎo)入標(biāo)定系數(shù)，對(duì)激光位移傳感器7進(jìn)行標(biāo)定；

2)測(cè)定自由振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)：向模擬管道51施加一個(gè)向下的位移然后放開(kāi)，令系統(tǒng)在僅受重力作用下進(jìn)行自由振動(dòng)；利用激光位移傳感器7記錄自由振動(dòng)振幅的衰減過(guò)程，根據(jù)公式ζ＝ln(A_i/A_i+n)/(2πn)計(jì)算阻尼系數(shù)，其中A_i和A_i+n代表第i和i+n次自由振動(dòng)的振幅；

接下來(lái)對(duì)主彈簧55的剛度系數(shù)進(jìn)行測(cè)定：對(duì)主彈簧55施加一個(gè)外力使其伸長(zhǎng)，利用拉壓力傳感器4記錄所施加的外力，利用激光位移傳感器7測(cè)量主彈簧55伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，然后根據(jù)公式K₁＝F₁/X₁計(jì)算主彈簧55的剛度系數(shù)，其中K₁為主彈簧55的剛度系數(shù)，X₁為主彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，F(xiàn)₁為所施加的拉力；

3)向水槽中加入水至實(shí)驗(yàn)水位，約模擬管道51直徑的10倍。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，利用水槽端設(shè)置的水泵驅(qū)動(dòng)水槽內(nèi)水體流動(dòng)，使水流速度勻速增加，直到管道發(fā)生渦激振動(dòng)；

4)利用流速儀測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水流速度、利用激光位移傳感器測(cè)量管道振動(dòng)位移、利用拉壓力傳感器測(cè)量管道受力；通過(guò)對(duì)水流速度、振動(dòng)位移和管道受力三個(gè)數(shù)據(jù)的同步分析，用以判斷管道渦激振動(dòng)的劇烈程度，并最終預(yù)測(cè)管道發(fā)生疲勞破壞的可能性。

實(shí)施例2

為了進(jìn)行可控阻尼下的管道渦激振動(dòng)模擬，對(duì)實(shí)施例1所公開(kāi)的海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置加裝控制阻尼裝置8A，結(jié)構(gòu)為：所述橫桿54中部還設(shè)有一個(gè)附加彈簧84，此時(shí)主彈簧和附加彈簧同時(shí)工作；所述附加彈簧84上側(cè)安裝有絲杠付83，所述絲杠付83與安裝有減速器82的伺服電機(jī)81相連接；所述伺服電機(jī)與所述控制主機(jī)1相連；所述控制主機(jī)1能控制所述伺服電機(jī)81的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整所述絲杠付83的長(zhǎng)度，從而調(diào)整所述附加彈簧84的長(zhǎng)度。

具體而言，絲杠付83的絲杠螺母固定在減速器82一側(cè)，絲杠下端直接或者連接軸承后與附加彈簧84連接。

利用該裝置進(jìn)行可控阻尼下的管道渦激振動(dòng)模擬再測(cè)試的步驟如下：

1)向模擬管道51施加一個(gè)向下的位移，記錄激光位移傳感器相應(yīng)的輸出電壓，并通過(guò)擬合得出位移和電壓之間的標(biāo)定系數(shù)，導(dǎo)入標(biāo)定系數(shù)，對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定；

2)測(cè)定自由振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)：向模擬管道51施加一個(gè)向下的位移然后放開(kāi)，令系統(tǒng)在僅受重力作用下進(jìn)行自由振動(dòng)；利用激光位移傳感器7記錄自由振動(dòng)振幅的衰減過(guò)程，根據(jù)公式ζ＝ln(A_i/A_i+n)/(2πn)計(jì)算阻尼系數(shù)，其中A_i和A_i+n代表第i和i+n次自由振動(dòng)的振幅；

接下來(lái)對(duì)主彈簧55的剛度系數(shù)進(jìn)行測(cè)定：對(duì)主彈簧55施加一個(gè)外力使其伸長(zhǎng)，利用拉壓力傳感器4記錄所施加的外力，利用激光位移傳感器7測(cè)量主彈簧55伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，然后根據(jù)公式K₁＝F₁/X₁計(jì)算主彈簧55的剛度系數(shù)，其中K₁為主彈簧55的剛度系數(shù)，X₁為主彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，F(xiàn)₁為所施加的拉力；

3)測(cè)試附加彈簧84的剛度系數(shù)：給附加彈簧施加一個(gè)外力使其伸長(zhǎng)，利用激光位移傳感器7測(cè)量其伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，利用拉壓力傳感器測(cè)量施加外力的大小，根據(jù)公式K₂＝F₂/X₂計(jì)算附加彈簧84的剛度系數(shù)，其中K₂為附加彈簧的剛度系數(shù)，X₂為附加彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，F(xiàn)₂為所施加的外力；

4)向水槽中加水至實(shí)驗(yàn)水深，約為模擬管道51直徑的10倍；打開(kāi)控制主機(jī)中的阻尼運(yùn)動(dòng)控制程序，在控制程序中輸入附加彈簧的剛度系數(shù)K₂以及預(yù)期的附加阻尼C₁；控制程序則根據(jù)公式X＝C₁/K₂計(jì)算控制絲杠付83的運(yùn)動(dòng)位移X，控制程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)給伺服電機(jī)81，然后通過(guò)減速器82的轉(zhuǎn)換，變成絲杠付83的運(yùn)動(dòng)位移X，從而控制附加彈簧84的伸長(zhǎng)和縮短，以起到附加運(yùn)動(dòng)阻尼的效果；

5)利用流速儀測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水流速度、利用激光位移傳感器測(cè)量管道振動(dòng)位移、利用拉壓力傳感器測(cè)量管道受力；通過(guò)對(duì)水流速度、振動(dòng)位移和管道受力三個(gè)數(shù)據(jù)的同步分析，用以判斷管道渦激振動(dòng)的劇烈程度，并最終預(yù)測(cè)管道發(fā)生疲勞破壞的可能性。

實(shí)施例3

為了進(jìn)行海底管道強(qiáng)迫振動(dòng)的模擬，對(duì)實(shí)施例2公開(kāi)的海底管道渦激振動(dòng)模擬裝置進(jìn)行修改，利用剛性連桿替換主彈簧55，去掉附加彈簧84，將絲杠付83的絲杠螺母固定在減速器82一側(cè)，將絲杠下端連接軸承后與橫桿63連接。

利用該裝置進(jìn)行海底管道強(qiáng)迫振動(dòng)模擬的步驟如下：

1)向模擬管道51施加一個(gè)向下的位移，記錄激光位移傳感器相應(yīng)的輸出電壓，并通過(guò)擬合得出位移和電壓之間的標(biāo)定系數(shù)，導(dǎo)入標(biāo)定系數(shù)，對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定；

2)向水槽中加水至實(shí)驗(yàn)水深，具體可以為模擬管道51直徑的10倍左右；在靜水或者固定水流速度下，通過(guò)控制主機(jī)1給定伺服電機(jī)81一個(gè)固定的正弦信號(hào)，來(lái)控制所述絲杠付輸出的振動(dòng)幅值和頻率，在絲杠付的作用下管道模型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)5發(fā)生運(yùn)動(dòng)。