一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的樁腿對(duì)接單元裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶與海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種用于海洋平臺(tái)上層組塊浮托安裝的模型試驗(yàn)中模擬粧腿對(duì)接單元(Leg Mating Units, LMU)的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]模型試驗(yàn)作為船舶與海洋工程領(lǐng)域的一種重要研宄方法，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)海洋結(jié)構(gòu)物的水動(dòng)力性能，降低海上安裝作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，有著重要的意義。
[0003]在浮托安裝過程中，最復(fù)雜和關(guān)鍵的是上部組塊和導(dǎo)管架粧腿的對(duì)接和載荷轉(zhuǎn)移過程。在這個(gè)過程中，駁船的重量和吃水不斷變化，同時(shí)駁船和上部組塊在風(fēng)浪作用下通過甲板支撐單元和粧腿對(duì)接單元的相互耦合運(yùn)動(dòng)來傳遞載荷，整個(gè)過程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過程。所以，在浮托安裝的模型試驗(yàn)中，需要準(zhǔn)確地模擬粧腿對(duì)接單元(Leg MatingUnits, LMU)裝置，以預(yù)報(bào)浮托安裝系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能和力學(xué)特性。
[0004]在實(shí)際浮托安裝中，粧腿對(duì)接單元裝置焊接在上部組塊的底部，并且位于導(dǎo)管架粧腿的上部。該裝置主要由錐型接收器、砂箱、垂向及橫向彈性緩沖裝置等組成。其中，錐型接收器具有圓錐體凹槽，上部組塊可在圓錐體插尖的引導(dǎo)下進(jìn)入粧腿對(duì)接單元內(nèi)并與其接觸，它的半徑稱為粧腿對(duì)接單元的捕捉半徑，浮托中要保證平臺(tái)組塊插尖運(yùn)動(dòng)在捕捉半徑以內(nèi)；垂向及橫向的彈性緩沖裝置主要用來緩沖上部組塊與導(dǎo)管架之間的碰撞；砂箱主要用來降載荷轉(zhuǎn)移過程中上部模塊的運(yùn)動(dòng)速度，避免鋼對(duì)鋼的接觸，使之柔和地落到最終位置。
[0005]本裝置的發(fā)明是為了在浮托安裝的模型試驗(yàn)中，利用已有的資源和技術(shù)，準(zhǔn)確地模擬粧腿對(duì)接單元裝置。本裝置在幾何外形上與實(shí)際的粧腿對(duì)接單元裝置相似，滿足幾何相似條件。同時(shí)，在粧腿對(duì)接單元內(nèi)部分別裝有垂向和水平彈簧，能夠模擬實(shí)際粧腿對(duì)接單元在各個(gè)方向上的剛度特性。最后可以測(cè)量浮托安裝過程中粧腿對(duì)接單元裝置所受的水平和豎直方向上的作用力。經(jīng)過進(jìn)一步的檢索未發(fā)現(xiàn)類似技術(shù)應(yīng)用于本領(lǐng)域的公開文獻(xiàn)。
[0006]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種用于海洋平臺(tái)上層組塊浮托安裝的模型試驗(yàn)中模擬粧腿對(duì)接單元粧腿對(duì)接單元的試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，包括固定支架、水平緩沖器、錐型槽、錐型插尖和應(yīng)變式三分力傳感器，所述水平緩沖器與所述固定支架連接，所述錐形槽同時(shí)與所述固定支架和所述水平緩沖器連接，所述錐形插尖和所述應(yīng)變式三分力傳感器連接，所述錐形插尖可插入所述錐形槽，所述固定支架用于固定和支撐整個(gè)粧腿對(duì)接單元裝置。
[0008]進(jìn)一步地，所述錐型槽和所述錐型插尖滿足幾何相似，用于模擬實(shí)際浮托中的幾何約束。
[0009]進(jìn)一步地，所述錐形槽豎直方向設(shè)置豎直彈簧，所述豎直彈簧兩端分別與所述固定支架和所述錐形槽接觸。
[0010]進(jìn)一步地，所述豎直彈簧由兩段不同剛度的彈簧串連而成，通過改變所述豎直彈簧的伸縮量提供垂向力。
[0011]進(jìn)一步地，所述水平緩沖器包括水平彈簧和水平圓筒，所述水平彈簧兩端分別與所述錐形槽和所述水平緩沖器接觸。
[0012]進(jìn)一步地，所述錐形槽和錐形插尖由金屬鋁制成，金屬鋁具有一定強(qiáng)度。
[0013]進(jìn)一步地，所述應(yīng)變式三分力傳感器固定在所述錐型插尖上，通過改變其伸縮量測(cè)量錐型插尖所受的水平橫向力、水平縱向力和垂向力。
[0014]進(jìn)一步地，所述固定支架包括基座架和豎直圓筒，所述基座架為所使用豎直圓筒的支承面，所述豎直圓筒焊接在所述基座架上。
[0015]進(jìn)一步地，所述水平緩沖器為4個(gè)，分布在豎直圓筒周圍，每個(gè)水平緩沖器之間的夾角為90° ο
[0016]模型試驗(yàn)中，錐形插尖與粧腿對(duì)接單元裝置相互接觸和碰撞，通過錐型插尖的位移引起水平彈簧和豎直彈簧的形變，從而產(chǎn)生水平和豎直方向上的作用力，來約束上部組塊的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，固定在錐形插尖上的應(yīng)變式三分力傳感器可以測(cè)量得到粧腿對(duì)接單元裝置的水平和豎直方向上的作用力。
[0017]如圖3所示的是粧腿對(duì)接單元與錐形插尖互相作用簡(jiǎn)圖。由于浮托安裝中駁船運(yùn)動(dòng)較小，可以認(rèn)為粧腿對(duì)接單元裝置的中心軸方向是垂直于水平面的。故可以根據(jù)粧腿對(duì)接單元和錐形插尖的相對(duì)位置將粧腿對(duì)接單元模型分為三種情況:
[0018](I)在dl > V時(shí)，插尖與LMU沒有任何接觸，因此沒有相互作用力。
[0019](2)在dl SV時(shí)，插尖與LMU完全接觸，上部組塊在插尖以及各個(gè)彈簧的約束下小幅度的運(yùn)動(dòng)。
[0020](3)在O < dl彡V時(shí)，水平受力由dl、d2以及圓錐體斜面角度共同決定。如圖3所示，當(dāng)dl接近O時(shí)，水平力從d2 = O時(shí)開始計(jì)算；當(dāng)dl接近V時(shí)，水平力從d2 = H/2時(shí)開始計(jì)算，直線的斜率為水平剛度。
[0021]該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能明確，通過調(diào)節(jié)不同剛度彈簧的長(zhǎng)度，可以精確模擬粧腿對(duì)接單元裝置三個(gè)方向的非線性剛度特性，并準(zhǔn)確測(cè)量得到三個(gè)方向上的作用力，更精確地模擬和預(yù)報(bào)海洋平臺(tái)浮托安裝。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)斜視圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的裝置正視圖以及剖面圖。
[0024]圖3為本發(fā)明原理圖。
[0025]圖4為本發(fā)明中的彈簧剛度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖所示I和2所示，本發(fā)明針對(duì)海洋平臺(tái)上部組塊浮托安裝的模型試驗(yàn)，設(shè)計(jì)提供一種準(zhǔn)確有效地模擬粧腿對(duì)接單元的裝置。該裝置針對(duì)實(shí)際粧腿對(duì)接單元裝置的幾何特性，采用圓錐體凹槽，滿足幾何相似條件。并根據(jù)實(shí)際粧腿對(duì)接單元裝置明顯的非線性特征，在水平和豎直方向上放置兩段不同長(zhǎng)度和剛度的彈簧。通過調(diào)節(jié)各段彈簧的長(zhǎng)度，改變粧腿對(duì)接單元各個(gè)方向上的剛度特性，從而擬合實(shí)際的非線性剛度曲線。同時(shí)采用三分力傳感器測(cè)量粧腿對(duì)接單元裝置水平和豎直方向上的作用力。
[0027]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的裝置包括:固定支架1、豎直彈簧2、水平緩沖器3、錐型槽4、錐型插尖5、應(yīng)變式三分力傳感器6。其中:固定支架I是整個(gè)裝置的連接構(gòu)件，它可用來連接粧腿對(duì)接單元裝置與上部組塊，并支撐整個(gè)粧腿對(duì)接單元裝置；豎直彈簧2在固定在支架I和錐型槽4之間，通過改變其收縮量來提供垂向力；水平緩沖器3焊接在固定支架I的前端，通過改變其中水平彈簧的收縮量來提供水平分力。錐型槽4與豎直、水平彈簧連接，其幾何外形與錐形插尖5相互吻合。三分力傳感器6連接在錐形插尖5上，測(cè)量三個(gè)方向的受力。
[0028]固定支架I包括:基座架和豎直圓筒。其中，基座架是豎直圓筒的支承面，可通過螺絲與上部組塊固定。豎直圓筒焊接在基座架上，支撐和保護(hù)其他構(gòu)件。
[0029]豎直彈簧2固定安裝在支架I和錐型槽4之間，由兩段不同剛度的彈簧串聯(lián)而成，能提供非線性的垂向力。
[0030]水平緩沖器3支承在基座架上，包括水平彈簧和水平圓筒。其均勻分布在豎直圓筒周圍，共有4個(gè)，每個(gè)水平緩沖器之間的夾角為90°。水平彈簧固定安裝在圓筒末端和錐型槽4之間。類似于豎直彈簧，水平彈簧能提供非線性的水平分力。水平圓筒焊接在豎直圓筒上，支撐和保護(hù)水平彈簧。
[0031]錐型槽4由強(qiáng)度足夠的金屬鋁制成，與豎直彈簧2和水平緩沖器3連接，通過各個(gè)彈簧的耦合作用模擬非線性的剛度，如圖4所示。
[0032]錐型插尖5由強(qiáng)度足夠的金屬鋁制成，其幾何外形與實(shí)際導(dǎo)管架插尖相似。
[0033]應(yīng)變式三分力傳感器6固定在插尖5和導(dǎo)管架支座之間，通過改變其伸縮量測(cè)量插尖所受的水平橫向力、水平縱向力和垂向力。
[0034]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，包括固定支架、水平緩沖器、錐型槽、錐型插尖和應(yīng)變式三分力傳感器，所述水平緩沖器與所述固定支架連接，所述錐形槽同時(shí)與所述固定支架和所述水平緩沖器連接，所述錐形插尖和所述應(yīng)變式三分力傳感器連接，所述錐形插尖可插入所述錐形槽，所述固定支架用于固定和支撐整個(gè)粧腿對(duì)接單元裝置。2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述錐型槽和所述錐型插尖滿足幾何相似，用于模擬實(shí)際浮托中的幾何約束。3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述錐形槽豎直方向設(shè)置豎直彈簧，所述豎直彈簧兩端分別與所述固定支架和所述錐形槽接觸。4.如權(quán)利要求3所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述豎直彈簧由兩段不同剛度的彈簧串連而成，通過改變所述豎直彈簧的伸縮量提供垂向力。5.如權(quán)利要求1所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述水平緩沖器包括水平彈簧和水平圓筒，所述水平彈簧兩端分別與所述錐形槽和所述水平緩沖器接觸。6.如權(quán)利要求1所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述錐形槽和錐形插尖由金屬鋁制成。7.如權(quán)利要求1所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述應(yīng)變式三分力傳感器固定在所述錐型插尖上，通過改變其伸縮量測(cè)量錐型插尖所受的水平橫向力、水平縱向力和垂向力。8.如權(quán)利要求1所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述固定支架包括基座架和豎直圓筒，所述基座架為所使用豎直圓筒的支承面，所述豎直圓筒焊接在所述基座架上。9.如權(quán)利要求8所述的一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的粧腿對(duì)接單元裝置，其特征在于，所述水平緩沖器為4個(gè)，分布在豎直圓筒周圍，每個(gè)水平緩沖器之間的夾角為90°。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于浮托安裝模型試驗(yàn)的樁腿對(duì)接單元裝置，包括：固定支架、水平緩沖器、錐型凹槽、錐型插尖以及應(yīng)變式三分力傳感器；在浮托安裝的模型試驗(yàn)中，該樁腿對(duì)接單元裝置能夠準(zhǔn)確地模擬實(shí)際浮托中的樁腿對(duì)接緩沖裝置，通過調(diào)節(jié)各個(gè)彈簧的長(zhǎng)度來擬合實(shí)際的剛度特性曲線，同時(shí)測(cè)量得到樁腿對(duì)接單元裝置在水平和豎直方向上的作用力。本發(fā)明定位清晰，功能明確，結(jié)構(gòu)組成容易實(shí)現(xiàn)，因此準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了浮托安裝系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能和力學(xué)特性，降低了海上安裝作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。
【IPC分類】G01M99/00
【公開號(hào)】CN104977176
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510287908
【發(fā)明人】李欣, 呂海寧, 楊建民, 田新亮, 胡智煥, 彭濤, 榮輝祥, 吳驍
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年5月29日