一種超重力場(chǎng)中搖板式造波機(jī)的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種超重力場(chǎng)中搖板式造波機(jī)的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，由模擬箱、伺服電機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)盤(pán)、連桿和搖板裝置組成，伺服電機(jī)、傳動(dòng)軸和變速器固定在模型箱頂蓋的上表面，伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)同步皮帶輪連接傳動(dòng)軸上端，傳動(dòng)軸下部裝有變速器，傳動(dòng)軸下端安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的中心孔與傳動(dòng)軸輸出端剛性連接；轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上設(shè)有若干與圓心距離不等的偏心孔，連桿水平設(shè)置，連桿的第一端和轉(zhuǎn)盤(pán)上的其中一個(gè)偏心孔可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連桿的第二端和搖板的第一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，搖板的第一端穿過(guò)模型箱頂蓋上的滑槽和連桿可旋轉(zhuǎn)連接。本發(fā)明在離心機(jī)上將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)變成沿直線(xiàn)雙向循環(huán)運(yùn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)搖板，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所設(shè)計(jì)的波浪荷載的精確化模擬與控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超重力場(chǎng)中搖板式造波機(jī)的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明用于超重力場(chǎng)離心機(jī)造波模型試驗(yàn)中，將造波機(jī)的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn) 動(dòng)變成能推動(dòng)搖板的單向循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 土工離心模型試驗(yàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，解決了許多復(fù)雜的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題， 特別是土和結(jié)構(gòu)的靜力相互作用問(wèn)題。但對(duì)于波浪循環(huán)荷載作用下的結(jié)構(gòu)物和地基動(dòng)力相 互作用問(wèn)題的研究還不夠深入，只停留在一些機(jī)理的探討上。在離心模型試驗(yàn)中要研究波 浪荷載作用下地基土層與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用，其技術(shù)瓶頸在于超重力作用下波浪的模擬 與實(shí)現(xiàn)，迫切需要研發(fā)一套可在高離心加速度條件下使用的造波機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的研發(fā)對(duì) 于探索海洋復(fù)雜環(huán)境下工程建筑物的變形與受力機(jī)理，推動(dòng)海上建筑物的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，進(jìn) 而促進(jìn)我國(guó)海洋工程技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。
[0003] 對(duì)于超重力場(chǎng)中波浪荷載的模擬已有一些研究，主要包括三種方法：⑴擬靜力 法。即將波浪極限荷載作為一個(gè)集中力，利用靜力加載裝置將該荷載施加于結(jié)構(gòu)物上，現(xiàn)行 港工規(guī)范推薦的波浪荷載計(jì)算方法就是擬靜力法；(2)模擬波浪力法。即采用某一裝置，對(duì) 工程結(jié)構(gòu)物施加模擬波浪力（循環(huán)荷載）。加載裝置對(duì)于工程結(jié)構(gòu)物施加力的過(guò)程可以是 接觸式（如采用錘擊或施加機(jī)械力），也可以是非接觸式（如采用交變電磁力施加）。（3) 造波設(shè)備施加。在離心力場(chǎng)中利用造波設(shè)備產(chǎn)生模擬波浪，直接作用于工程建筑物，這種方 法在鼓型離心機(jī)中研究得較多。就目前的研究來(lái)看，由于離心力場(chǎng)中造波的理論與模擬技 術(shù)還不太完善，離心力場(chǎng)中造波設(shè)備也比較復(fù)雜，因此絕大多數(shù)有關(guān)波浪荷載的研究主要 采用前面兩種方法。離心機(jī)造波設(shè)備只在個(gè)別小型臂式離心機(jī)和鼓型離心機(jī)中實(shí)現(xiàn)，僅限 于一些機(jī)理性的研究。
[0004] 近年來(lái)世界各國(guó)都在加大對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)力度，迫切需要掌握復(fù)雜條件下"波浪一 地基一結(jié)構(gòu)物動(dòng)力相互作用機(jī)理，"為離岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。作為唯一能在縮尺模 型尺度和真實(shí)應(yīng)力場(chǎng)條件下再現(xiàn)原型過(guò)程的有效手段，相應(yīng)的超重力場(chǎng)中造波機(jī)系統(tǒng)是實(shí) 現(xiàn)這一目的的前沿實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005] 因此，開(kāi)發(fā)一種超重力場(chǎng)中的造波機(jī)系統(tǒng)來(lái)模擬超重力場(chǎng)中真實(shí)波浪荷載的能力 變得十分必要，而要在離心機(jī)上設(shè)置造波機(jī)系統(tǒng)，其關(guān)鍵為設(shè)計(jì)出力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于超重力場(chǎng)中搖板式造波 機(jī)的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)能反映波浪的所有特征，包括能控制波浪的頻率、波長(zhǎng)和幅值，能 在離心加速度120g條件下正常工作，能模擬超過(guò)60m水深條件，波浪作用的長(zhǎng)度范圍大于 120m〇
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種超重力場(chǎng)中搖板式造波機(jī)的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，由 模擬箱、伺服電機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)、連桿和搖板裝置組成，伺服電機(jī)、傳動(dòng)軸和變速器固 定在模型箱頂蓋的上表面，伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)同步皮帶輪連接傳動(dòng)軸上端，傳動(dòng)軸下 部裝有變速器，傳動(dòng)軸下端安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的中心孔與傳動(dòng)軸輸出端剛性連接； 轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上設(shè)有若干與圓心距離不等的偏心孔，連桿水平設(shè)置，連桿的第一端和轉(zhuǎn)盤(pán)上的 其中一個(gè)偏心孔可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連桿的第二端和搖板的第一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，搖板的第一端穿 過(guò)模型箱頂蓋上的滑槽和連桿可旋轉(zhuǎn)連接。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述搖板裝置還包括滑動(dòng)軌道，滑動(dòng)軌道固定在滑槽 上，所述搖板的第二端設(shè)置滑動(dòng)軌道上，與滑動(dòng)軌道可滑動(dòng)連接。在轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng) 軌道能使連桿保持在平面內(nèi)做自由擺動(dòng)，沒(méi)有滑動(dòng)軌道支撐時(shí)連桿可能在垂直平面上略有 傾斜，這樣容易導(dǎo)致擺動(dòng)不暢，影響造波效果。
[0009] 對(duì)上述技術(shù)方案說(shuō)明如下：
[0010] 超重力場(chǎng)中搖板式造波機(jī)工作原理
[0011] 擬建造波機(jī)系統(tǒng)是基于常規(guī)重力條件下（lg)的造波理論，將其移植至超重力場(chǎng) 中。對(duì)于如圖1所示的波浪水槽，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖板板做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生波浪。假設(shè)水槽水深為 H,水面處搖板搖幅為E,搖板水面下垂直深度為1,波浪的頻率為f,周期為T(mén),波長(zhǎng)為λ，波 幅為Α，波數(shù)為k，角頻率為ω。根據(jù)波浪理論，角頻率、頻率、周期之間有如下關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種超重力場(chǎng)中搖板式造波機(jī)的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，由模擬箱、伺服電機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)盤(pán)、連 桿和搖板裝置組成，其特征是，伺服電機(jī)、傳動(dòng)軸和變速器固定在模型箱頂蓋的上表面，伺 服電機(jī)的輸出軸通過(guò)同步皮帶輪連接傳動(dòng)軸上端，傳動(dòng)軸下部裝有變速器，傳動(dòng)軸下端安 裝有轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)的中心孔與傳動(dòng)軸輸出端剛性連接；轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上設(shè)有若干與圓心 距離不等的偏心孔，連桿水平設(shè)置，連桿的第一端和轉(zhuǎn)盤(pán)上的其中一個(gè)偏心孔可轉(zhuǎn)動(dòng)連接， 連桿的第二端和搖板的第一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，搖板的第一端穿過(guò)模型箱頂蓋上的滑槽和連桿 可旋轉(zhuǎn)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是，所述搖板裝置還包括滑動(dòng)軌道，滑動(dòng) 軌道固定在滑槽上，所述搖板的第二端設(shè)置滑動(dòng)軌道上，與滑動(dòng)軌道可滑動(dòng)連接。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK104091511SQ201410320679
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】蔡正銀, 徐光明, 關(guān)云飛, 黃英豪, 顧行文, 任國(guó)峰, 徐惠, 曹永勇, 楊立功 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院