巨型海工離心機的製作方法

2023-08-04 04:04:51

專利名稱：巨型海工離心機的製作方法
技術領域：
本發明涉及海洋工程技術領域，尤其是涉及一種巨型海工離心機。
背景技術：
為了發展海洋經濟、開發海洋資源、保障海上安全，需要模擬海洋典型載荷環境，例如模擬海洋風暴過程、海洋波浪過程、海流過程、海洋地震過程。傳統的土工離心機由於設計原理和結構形式使得模型中離心加速度分布誤差大，模型的邊界條件不正確，無法用於模擬海 工結構所處的複雜的海洋環境。尤其是，目前還沒有能夠在超重力場下模擬上述複雜海洋環境的海工離心機。

發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決現有技術中的上述技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種巨型海工離心機，該巨型海工離心機能夠在超重力場下再現波浪、海流、海上風暴、海底水下地震過程，實現極端波浪、海流載荷和海底超強地震作用下典型海洋工程結構與海床土體的多場耦合作用，通過高精度流場、土體響應和結構響應測試研究揭示海洋工程結構失穩的物理機制，可為海洋工程地質勘探設計與海洋施工技術突破提供大尺度的試驗驗證平臺。根據本發明實施例的巨型海工離心機，包括:機架；轉臂，所述轉臂可旋轉地安裝所述機架的轉軸上；第一海工吊籃，所述第一海工吊籃可上下擺動地連接在所述轉臂的第一端；第二海工吊籃，所述第二海工吊籃可上下擺動地連接在所述轉臂的第二端，所述第二海工吊籃具有圓弧形的海工吊籃模型箱，所述海工吊籃模型箱內具有槽腔，所述海工吊籃模型箱的第一端的端面上設有進風口和與供水組件相連的進水口，所述海工吊籃模型箱的第二端的端面上設有出風口和出水口，所述海工吊籃模型箱沿從所述第一端到所述第二端的長度方向分為第一段、第二段和位於所述第一段和第二段中間且用於放置海工結構的中間段，所述第二段的內設有鄰近所述第二端的消能結構，所述中間段的底壁向外突出以形成凹槽；震動臺模型箱，所述震動臺模型箱的上端敞開，所述震動臺模型箱設在所述凹槽內，所述震動臺模型箱的上端的外周沿與所述凹槽的上端的外周壁之間通過密封裝置密封以形成震動臺空間,所述槽腔的底面上和所述震動臺模型箱內設有土質海床,所述槽腔內填充有水；震動臺，所述震動臺設在所述震動臺空間內，所述震動臺模型箱設在所述震動臺上，所述震動臺用於產生震動且將所述震動施加給所述震動臺模型箱；造風暴組件，所述造風暴組件用於在所述槽腔內產生風暴；造流機，所述造流機設在所述第一段內且鄰近所述進水口，用於在所述槽腔內產生海流；和造波機，所述造波機設在所述第一段內且鄰近所述進水口，用於在所述槽腔內產生波浪。根據本發明實施例的巨型海工離心機可實現從淺海到深海的海洋環境模擬技術，且可在超重力場中再現海洋環境下波浪、海流、風暴、地震過程，實現極端波浪、海流載荷和海底超強地震作用下海工結構和土質海床的多場耦合作用，通過高精度流暢、土體相應和結構相應測試研究揭示海工結構失穩的物理機制，可為海洋工程土質勘探設計與海洋施工技術突破提供大尺度的實驗平臺。另外，根據本發明上述實施例的巨型海工離心機還可以具有如下附加的技術特徵:具體地，所述造風暴組件包括:蜂窩器，所述蜂窩器設在所述第一段內且鄰近所述進風口 ；鼓風機，所述鼓風機與所述進風口相連，用於通過所述進風口向所述槽腔內鼓風；和抽風機，所述抽風機與所述出風口相連，用於通過所述出風口從所述槽腔內抽風。進一步地，所述造風暴組件還包括風道，所述風道具有矩形橫截面，所述風道設在所述槽腔內的上部，所述風道朝向所述槽腔的底壁的一側敞開，所述風道具有矩形橫截面且沿從所述長度方向分為穩定段、收縮段、試驗段、放大段和抽風回氣段，所述穩定段和所述抽風回氣段具有恆定的橫截面積，所述收縮段的橫截面積沿所述長度方向逐漸減小，所述放大段的橫截面積沿所述長度方向逐漸增大。具體地，所述第一海工吊籃包括:吊架；高壓密封模型箱，所述高壓密封模型箱安裝在所述吊架內，所述高壓密封模型箱內具有箱腔，所述高壓密封模型箱的壁內設有加壓口，所述箱腔的底面上設有土質海床，所述箱腔內填充有水；和加壓組件，所述加壓組件與所述高壓密封模型箱的加壓口相連，用於對所述箱腔內的水加壓。進一步地，所述加壓組件包括:柔性囊，所述柔性囊設在所述箱腔的水中且所述柔性囊的開口端延伸到所述加壓口內；流體管，所述流體管與所述柔性囊的開口端相連，用於從加壓流體源向所述柔性囊內供給加壓流體或從所述柔性囊內排出加壓流體。更進一步地，所述加壓組件還包括防護網罩，所述防護網罩設在所述箱腔內且安裝到所述高壓密封模型箱的壁上，所述防護罩的開口部伸入加壓口內，所述柔性囊容納在所述防護網罩內且所述柔性囊的開口端伸出所述防護網罩。在本發明的一些實施例中，所述第一段和第二段的周長相同且相對於所述中間段彼此對稱，所述海工吊籃模型箱具有矩形橫截面，所述凹槽的底壁為平的，所述消能結構為斜坡。具體地，所述供水組件包括:環形水箱，所述環形水箱可旋轉地安裝在所述轉軸上，所述環形水箱設有環形上開口和水箱出水口 ；第一供水管，所述第一供水管的第一端與所述水箱出水口相連，所述第一供水管的第二端與所述進水口相連；和第二供水管，所述第二供水管的第一端與水源相連，所述第二供水管的第二端設在所述環形上開口的上方且與所述環形上開口相對。進一步地，所述槽腔的底壁內設有出水通道，所述出水通道具有進口和出口，所述出水通道的進口與所述出水口相連，所述出水通道的出口形成在所述凹槽的底壁的外表面上，所述出水通道的出口位於所述凹槽的底壁的中心位置。更具體地，所述巨型海工離心機設在離心機室，所述離心機室的壁上設有環形集水槽，在所述巨型離心機旋轉時所述環形集水槽與所述出水通道的出口相對，所述環形集水槽與集水池相連，所述集水池的下方設有用作所述水源的沉砂池，所述沉砂池與所述集水池連通。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發 明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1為根據本發明實施例的巨型海工離心機處於未運行狀態時的示意圖；圖2為根據本發明實施例的巨型海工離心機處於運行狀態時的示意圖；圖3為根據本發明實施例的巨型海工離心機中的第一海工吊籃的示意圖；圖4為圖3所示的第一海工吊籃的剖面圖；圖5為圖4中A部分的放大示意
圖6為根據本發明實施例的巨型海工離心機中的裝配有造流機的第二海工吊籃的剖面圖；圖7為根據本發明實施例的巨型海工離心機中的裝配有造波機的第二海工吊籃的剖面圖；圖8為根據本發明實施例的巨型海工離心機中的裝配有震動臺和震動臺模型箱的第二海工吊籃的剖面圖；圖9為根據本發明實施例的巨型海工離心機中的裝配有造風暴組件的第二海工吊籃的剖面圖；圖10為圖9所示的第二海工吊籃的立體示意圖；圖11為圖9所示的第二海工吊籃中的風道的示意圖；圖12為根據本發明實施例的巨型海工離心機設在離心機室內時的示意圖；圖13為圖12所示的巨型海工離心設在離心機室內時的局部剖視圖；圖14為圖13中供水組件的局部放大圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。下面參考圖1-圖14描述根據本發明實施例的巨型海工離心機10000，其中，在本發明中，超重力場指的是在巨型海工離心機運行時的離心加速度場，由於此時離心加速度場為重力加速度場的N倍，因此稱為超重力場。根據本發明實施例的巨型海工離心機，如圖1-圖14所示，包括:機架100、轉臂200、第一海工吊籃300、第二海工吊籃400、震動臺模型箱600、震動臺800、造風暴組件、造流機1000和造波機1100，其中，轉臂200可旋轉地安裝機架100的轉軸101上。第一海工吊籃300可上下擺動地連接在轉臂200的第一端(如圖2所示的左端)。第二海工吊籃400可上下擺動地連接在轉臂200的第二端(如圖2所示的右端)。第二海工吊籃400具有圓弧形的海工吊籃模型箱401。此時，具體地，如圖1所示，在重力的作用下，第一海工吊籃300和第二海工吊籃400呈下垂狀態，如圖2所示，當轉臂200旋轉加速直至產生N倍的離心加速度(Ng)時，第一海工吊籃300和第二海工吊籃400呈水平狀態，此時第一海工吊籃300和第二海工吊籃400由於離心力的作用均位於超重力場下，也就是說海工吊籃模型箱401處於超重力場下。更具體地，海工吊籃模型箱401的圓心角的範圍為60-90度，N=50-150，即最大離心加速度可為150g，轉臂200的轉動半徑的範圍可為7.0m-9.0m，其中g代表重力加速度。海工吊籃模型箱40 1內具有槽腔4011，海工吊籃模型箱401的第一端的端面上設有進風口 4012和與供水組件500相連的進水口 4014，海工吊籃模型箱401的第二端的端面上設有出風口 4013和出水口。海工吊籃模型箱401沿從第一端到第二端的長度方向分為第一段4016、第二段4018和位於第一段4016和第二段4018中間且用於放置海工結構1300的中間段4017，第二段4018的內設有鄰近第二端的消能結構4019，中間段4017的底壁向外突出以形成凹槽4020。具體地，海工吊籃模型箱401從第一端到第二端的弧長的範圍為500-1500米。震動臺模型箱600的上端敞開，震動臺模型箱600設在凹槽4020內，震動臺模型箱600的上端的外周沿與凹槽4020的上端的外周壁之間通過密封裝置1400密封以形成震動臺空間1500，槽腔4011的底面上和震動臺模型箱600內設有土質海床700，槽腔4011內填充有水。具體地，為了降低巨型海工離心機10000的負載，第一段4016的底面上放置有長度與第一段4016的周長相同的土質海床700，第二段4018的底面上放置有長度與第二段4018的周長相同的土質海床700，震動臺模型箱600內放置有土質海床700，且震動臺模型箱600內的土質海床700的頂面與第一段4016和第二段4018上的土質海床700的頂面平齊。震動臺800設在震動臺空間1500內，震動臺模型箱600設在震動臺800上，震動臺800用於產生震動且將震動施加給震動臺模型箱600。造風暴組件用於在槽腔4011內產生風暴。造流機1000設在第一段4016內且鄰近進水口 4014，用於在槽腔4011內產生海流。造波機1100設在第一段4016內且鄰近進水口 4014，用於在槽腔4011內產生波浪。其中，值得說明的是，該巨型海工離心機10000中還包括測試系統等，用於測試在地震、波浪、海流、風暴下，海工結構與土質海床的相互作用的結果。且本發明實施例的巨型海工離心機10000的有效容量C:500gt-3000gt，其中，該有效容量C為巨型海工離心機10000運行時的離心加速度和第一海工吊籃或第二海工吊籃的重量的乘積。根據本發明實施例的巨型海工離心機10000可實現從淺海到深海的海洋環境模擬技術，且可在超重力場中再現海洋環境下波浪、海流、風暴、地震過程，實現極端波浪、海流載荷和海底超強地震作用下海工結構和土質海床的多場耦合作用，通過高精度流暢、土體相應和結構相應測試研究揭示海工結構失穩的物理機制，可為海洋工程土質勘探設計與海洋施工技術突破提供大尺度的實驗平臺。下面參考圖1-圖5詳細描述根據本發明實施例的巨型海工離心機10000中的第
一海工吊籃300的結構和工作原理。根據本發明實施例的第一海工吊籃300，如圖3和圖4所示，包括:吊架301、高壓密封模型箱302和加壓組件303，其中，第一海工吊籃300可通過吊架301裝配在轉臂200的第一端上，在本發明的一些示例中，吊架301的相對兩側分別設有吊架吊耳3011以便於第一海工吊籃300的裝配。高壓密封模型箱302安裝在吊架301內，高壓密封模型箱302內具有箱腔，高壓密封模型箱302的壁內設有加壓口，箱腔的底面上設有土質海床700，箱腔內填充有水1200。加壓組件303與高壓密封模型箱302的加壓口相連，用於對箱腔內的水1200加壓。在本發明的一些示例中，高壓密封模型箱302可承受IOMPa以上的壓力，力口壓組件303可以在超重力場下對箱腔內的水1200施加超過IOMPa以上的壓力，箱腔內的水1200的深度可超過1000m。 當第一海工吊籃300在海工離心機10000的作用下處於超重力場下時，加壓組件303通過加壓口對箱腔內的水1200進行加壓，從而可在超重力場下實現超過1000米的深海海洋環境模擬，即可模擬超過1000米的深海環境和地層深部高應力環境，使得第一海工吊籃300中的相應點的水壓力和自重應力場與現實海洋中的一致，進而可根據該第一海工吊籃300，進行深海海底自然災害、深部地層頁巖氣開發過程和開發採氣水力劈裂技術研究。具體地，如圖4所示，高壓密封模型箱302包括箱體3023和安裝在箱體3023上端以密封箱體3023的箱蓋3024，箱體3023和箱蓋3024共同限定出用於盛放土質海床700和水1200的箱腔，從而使得高壓模型箱結構簡單，便於操作人員往箱腔內盛放土質海床700和水1200。其中，為了保證高壓密封模型箱302的密封性，如圖4所示，箱體3023和箱蓋3024之間設有第一密封圈3025。在本發明的一些不例中，如圖3和圖4所不,高壓密封模型箱302為長方體形狀。如圖4和圖5所示，在本發明的一些實施例中，加壓組件303包括:柔性囊3031和流體管3032，其中，柔性囊3031設在箱腔的水1200中且柔性囊3031的開口端延伸到加壓口內。流體管3032與柔性囊3031的開口端相連，用於從加壓流體源向柔性囊3031內供給加壓流體使得柔性囊3031膨脹變形以對箱腔內的水1200進行加壓或從柔性囊3031內排出加壓流體使得柔性囊3031收縮變形以對箱腔內的水1200進行減壓。在本發明的一些示例中,柔性囊3031為橡膠件，加壓流體為高壓油。從而通過向柔性囊3031內供給加壓流體使得柔性囊3031膨脹變形以對箱腔內的水1200進行加壓，可很快的提高箱腔內的水壓，不僅可保證加壓效果，且該加壓組件303結構簡單可靠。在本發明的一些示例中，如圖5所示，流體管3032的底端通過螺釘固定在箱蓋3024上，流體管3032和柔性囊3031的連接處設有第二密封圈3026，從而可提高加壓組件303的密封性以避免加壓流體洩露。進一步地，如圖4和圖5所示，加壓組件303還包括防護網罩3034，防護網罩3034設在箱腔內且安裝到高壓密封模型箱302的壁上，防護網罩3034的開口部伸入加壓口內，柔性囊3031容納在防護網罩3034內且柔性囊3031的開口端伸出防護網罩3034，其中，防護網罩3034與柔性囊3031的外壁之間限定出的空間內充滿水1200，從而可對柔性囊3031起到保護作用，延長柔性囊3031的壽命。在本發明的一些示例中，如圖4和圖5所示，防護網罩3034形成為球殼狀，且防護網罩3034上分布有很多細小孔，防護網罩3034通過螺釘固定在箱蓋3024上。在本發明的另一些實施例中，加壓組件303為設在箱腔內的活塞，當然本發明不限於此，加壓組件303還可為其他元件，只要滿足可在超重力場下對箱腔內的水1200進行加壓即可。根據本發明實施例的第一海工吊籃300主要用於模擬海洋環境下各海工結構與土質海床的多相、多尺度、多過程物理力學行為和動力相互作用，主要瞄準三大類迫切需要解決的重大海洋工程科學問題:1)海洋流體-海工結構-海床土體的共同工作問題；2)海洋自然災害及工程風險問題；3)海底勘探方法驗證和巖土工程評價問題。旨在研究和解決四大類重大海洋工程關鍵技術問題:1)深海可燃冰等海洋能源開發核心技術；2)海洋自然災害及工程風險控制技術；3)海底勘探與測試儀器設備開發及測評控調技術；4)深部地層頁巖氣開發過程和開發採氣水力劈裂技術研究，為海洋能源開發技術以及各種海洋工程施工與運行關鍵技術的創新與突破提供一個高水平的物理模擬平臺。下面參考圖1、圖2、圖6、`圖12-圖14詳細根據本發明實施例的巨型海工離心機中的第二海工吊籃用於模擬海流時即相當於超重力場造流裝置時的結構和工作原理。根據本發明實施例的超重力場造流裝置，如圖6所示，包括:海工吊籃模型箱401和造流機1000，其中，海工吊籃模型箱401為圓弧形，海工吊籃模型箱401內具有槽腔4011，海工吊籃模型箱401的第一端(如圖6中所示的左端)的端面上設有與供水組件500相連的進水口 4014，海工吊籃模型箱401的第二端(如圖6中所示的右端)的端面上設有出水口，從進水口 4014進入到槽腔4011內的水1200從出水口排出以產生大量的水流循環從而實現造流的目的。且值得說明的是，該供水組件500可為任何裝置，只要可滿足在超重力場下向槽腔4011內供水即可。海工吊籃模型箱401沿從第一端到第二端的長度方向分為第一段4016、第二段4018和位於第一段4016和第二段4018中間且用於放置海工結構1300的中間段4017，中間段4017的底壁向外突出以形成凹槽4020，此時，凹槽4020內和槽腔4011的底面上設有土質海床700，也就是說，第一段4016的底面上放置有長度與第一段4016的周長相同的土質海床700，第二段4018的底面上放置有長度與第二段4018的周長相同的土質海床700，凹槽4020內放置有土質海床700，且凹槽4020內的土質海床700的頂面與第一段4016和第二段4018上的土質海床700的頂面平齊。槽腔4011內填充有水1200。造流機1000設在第一段4016內且鄰近進水口 4014，用於在槽腔4011內產生海流，在本發明的一些實施例中，造流機1000為推板式造流機。具體地，第一段4016為造波流段，中間段4017為中部試驗段，第二段4018為消能段，第一段4016由造流機1000產生單向或往復的海流，中間段4017的凹槽4020中設有土質海床700，用於模擬不同深度的砂質或淤泥質海床地基，地基中可布置海上風機、海洋平臺、海上浮式結構等海工結構，從而在海工吊籃模型箱401處於超重力場下，造流機1000在第一段4016上產生海流，該海流從第一段4016傳遞到中間段4017，此時可通過設置在中間段4017的海工結構1300模擬海流-海工機構-海床的相互作用，最後海流經第二段4018消能後從出水口排出。其中，值得理解的是，本發明的巨型海工離心機中的測試系統等對模擬的海流-海工結構-土質海床的相互作用的結果進行測試。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場造流裝置，通過使得海工吊籃模型箱401形成為圓弧形，在巨型海工離心機旋轉的過程中可在海工吊籃模型箱401中產生分布均勻合理的超重力場，在超重力場的作用下，可通過造流機1000再現海流過程，模擬海洋環境下海流-海工結構-土質海床的相互作用，且模擬的海流過程逼真，結果精確，為海洋工程設計和施工技術突破提供高水平的實驗平臺。在本發明的一些實施例中，如圖6所示，槽腔4011的底壁內設有出水通道4023，出水通道4023具有進口 40231和出口 40232，出水通道4023的進口 40231與出水口相連，出水通道4023的出口 40232形成在凹槽4020的底壁的外表面上，此時，從進水口 4014進入到槽腔4011內的水流通過出水口進入到出水通道4023內，並流經整個出水通道4023後從出水通道4023的出口 40232排出槽腔4011。可選地，如圖6所示，出水通道4023的出口40232位於凹槽4020的底壁的中心位置。在本發明的一些實施例中，如圖6所示，第一段4016和第二段4018的周長相同且相對於中間段4017彼此對·稱，從而可進一步保證模擬的海流過程逼真、結果精確。進一步地，凹槽4020的底壁為平的，從而可便於海工吊籃模型箱401的加工成型，進一步保證超重力場在海工吊籃模型箱401內分布合理均勻。如圖1所示，在本發明的一些示例中，海工吊籃模型箱401具有矩形橫截面，從而進一步保證離心加速度場在海工吊籃模型箱401上分布均勻。為了便於向海工吊籃模型箱401內放置土質海床700和海工結構1300，在本發明的一些實施例中，如圖6所示，海工吊籃模型箱401的中間段4017的頂壁上設有頂部開口，頂部開口由蓋板4022密封。根據本發明的一些實施例，海工吊籃模型箱401還設有加壓氣口，超重力場造流裝置還包括與加壓氣口相連用於向槽腔4011內施加加壓氣體以增加槽腔4011內的氣壓的增壓器，從而使得本發明的超重力場造流裝置可在水深為150米以上的深水中再現海流過程，以模擬超過150米的深海中的海流-海工結構-土質海床的相互作用。在本發明的一些實施例中，第二段4018內設有鄰近第二端的消能結構，具體地，該消能結構為斜坡，從而提高第二段4018對海流的消能作用。如圖12-圖14所示，根據本發明的一些實施例，供水組件500包括環形水箱501、第一供水管502和第二供水管503，其中，環形水箱501可旋轉地安裝在轉軸101上，環形水箱501設有環形上開口 5011和水箱出水口 5012。第一供水管502的第一端與水箱出水口5012相連，第一供水管502的第二端與進水口 4014相連。第二供水管503的第一端與水源相連，第二供水管503的第二端設在環形上開口 5011的上方且與環形上開口 5011相對。此時，從水源排出的水1200進入到第二供水管503內，並從第二供水管503經過環形上開口 5011進入到環形水箱501內，接著水流藉助轉軸101轉動的離心力從水箱出水口 5012排入到第一供水管502內，並從第一供水管502經過進水口 4014進入到槽腔4011內。根據本發明實施例的供水組件500結構簡單可靠，保證從水源排出的水1200可進入到槽腔4011內。具體地，如圖12和圖13所示,第二供水管503上設有水泵2100，巨型海工離心機10000設在離心機室1700內，離心機室1700的內壁上設有環形集水槽1701，在巨型離心機1000旋轉時環形集水槽1701與出水通道4023的出口 40232相對，環形集水槽1701與集水池1800相連，集水池1800的下方設有用作水源的沉砂池1900，沉砂池1900與集水池1800連通。更具體地，離心機室1700的內壁上設有沿厚度方向貫穿其且與環形集水槽1701連通的集水口 1702，該集水口 1702通過回流管道2000與集水池1800連通，當超重力場造流裝置受到超重力場作用，即海工吊籃模型箱401處於水平狀態且繞轉軸101轉動，此時從槽腔4011排出的水流會在離心力的作用下排入環形集水槽1701內，環形集水槽1701內的水流經集水口 1702和回流管道2000匯聚在集水池1800內，然後經過沉砂池1900過濾，過濾後的清水經水泵2100返回到環形水箱501內以完成水流的循環。根據本發明實施例的超重力場造流裝置主要用於模擬海洋環境下各海工結構與海床系統的多相、多尺度、多過程物理力學行為和動力相互作用，主要瞄準三個類迫切需要解決的重大海洋工程科學問題:1)海流-海工結構-土質海床的共同作用問題；2)海洋自然災害及工程風險問題；3)海底勘探方法驗證和巖土工程評價問題。旨在實現四個重大科學目標:1)再現海洋環境下海工結構一土質海床的動力學形成；2)揭示海工結構災變規律；3)建立海洋 流體-海工結構-土質海床相互作用理論；4)對比大型海工結構系統設計方案，為海洋工程設計、施工技術突破提供高水平的試驗驗證平臺。下面參考圖1、圖2、圖7、圖12-圖14詳細描述根據本發明實施例的巨型海工離心機的第二海工吊籃用於模擬海洋波浪時即相當於超重力場造波裝置時的結構和工作原理。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場造波裝置，如圖7所示，包括:海工吊籃模型箱401和造波機1100，其中，海工吊籃模型箱401為圓弧形，海工吊籃模型箱401內具有槽腔4011，海工吊籃模型箱401的第一端(如圖7中所示的左端)的端面上設有與供水組件500相連的進水口 4014，海工吊籃模型箱401的第二端(如圖7中所示的右端)的端面上設有出水口，從進水口 4014進入到槽腔4011內的水1200從出水口排出以產生大量的水流循環從而實現造波的目的和滿足造波時產生的水量流失。其中值得說明的是，該供水組件500可為任何裝置，只要可滿足在超重力場下向槽腔4011內供水即可。海工吊籃模型箱401沿從第一端到第二端的長度方向分為第一段4016、第二段4018和位於第一段4016和第二段4018中間且用於放置海工結構1300的中間段4017，第二段4018內設有鄰近第二端的消能結構4019，可選地，消能結構4019為斜坡。中間段4017的底壁向外突出以形成凹槽4020，此時，凹槽4020內和槽腔4011的底面上設有土質海床700，也就是說，第一段4016的底面上放置有長度與第一段4016的周長相同的土質海床700，第二段4018的底面上放置有長度與第二段4018的周長相同的土質海床700，凹槽4020內放置有土質海床700，且凹槽4020內的土質海床700的頂面與第一段4016和第二段4018上的土質海床700的頂面平齊。槽腔4011內填充有水1200。造波機1100設在第一段4016內且鄰近進水口 4014，用於在槽腔4011內產生波浪，在本發明的一些實施例中，造波機1100為推板式造波機，且造波機1100可採用主動控制造波系統，有效消除結構物的回波反射效應，造波機1100中的伺服控制系統通過集成顯示終端設置驅動器參數為交流伺服電機提供驅動信號，基於ISA/PCI總線能夠精確地控制所發出的脈衝頻率、脈衝個數及頻率變化率，能夠滿足全數字伺服電機的各種複雜控制要求，同時造波機1100控制軟體採用高精度時間函數實現精確控制，從而實現吸收式造波的閉環控制。具體地，第一段4016為造波流段，中間段4017為中部試驗段，第二段4018為消能段，第一段4016由造波機1100產生規則波浪、任意波譜的隨機波浪、海嘯孤立波、橢圓餘弦淺水波等波浪運動，採用吸收式造波閉環控制，中間段4017的凹槽4020中設有土質海床700，用於模擬不同深度的砂質或淤泥質海床地基，地基中可布置海上風機、海洋平臺、海上浮式結構等海工結構，從而在海工吊籃模型箱401處於超重力場下，造波機1100在第一段4016上產生波浪運動，該波浪從第一段4016傳遞到中間段4017，此時可通過設置在中間段4017的海工結構 1300模擬海洋波浪-海工機構-海床的相互作用，最後波浪經第二段4018內的消能結構消能後從出水口排出。值得理解的是，本發明的巨型海工離心機中的測試系統等對模擬的海洋波浪-海工結構-土質海床的相互作用的結果進行測試。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場造波裝置，通過使得海工吊籃模型箱401形成為圓弧形，在巨型海工離心機旋轉的過程中可在海工吊籃模型箱401中產生分布均勻合理的超重力場，在超重力場的作用下，可通過造波機1100再現海洋波浪過程，模擬海洋環境下海洋波浪-海工結構-土質海床的相互作用，且模擬的海洋波浪過程逼真，結果精確，為海洋工程設計和施工技術突破提供高水平的實驗平臺。在本發明的一些實施例中，如圖7所示，槽腔4011的底壁內設有出水通道4023，出水通道4023具有進口 40231和出口 40232，出水通道4023的進口 40231與出水口相連，出水通道4023的出口 40232形成在凹槽4020的底壁的外表面上，此時，從進水口 4014進入到槽腔4011內的水流通過出水口進入到出水通道4023內，並流經整個出水通道4023後從出水通道4023的出口 40232排出槽腔4011。可選地，如圖7所示，出水通道4023的出口40232位於凹槽4020的底壁的中心位置。在本發明的一些實施例中，如圖7所示，第一段4016和第二段4018的周長相同且相對於中間段4017彼此對稱，從而可進一步保證模擬的海洋波浪過程逼真、結果精確。進一步地，凹槽4020的底壁為平的，從而可便於海工吊籃模型箱401的加工成型，進一步保證超重力場在海工吊籃模型箱401內分布合理均勻。如圖1所示，在本發明的一些示例中，海工吊籃模型箱401具有矩形橫截面，從而進一步保證離心加速度場在海工吊籃模型箱401上分布均勻。為了便於向海工吊籃模型箱401內放置土質海床700和海工結構1300，在本發明的一些實施例中，如圖7所示，海工吊籃模型箱401的中間段4017的頂壁上設有頂部開口，頂部開口由蓋板4022密封。
如圖12-圖14所示，根據本發明的一些實施例，供水組件500包括環形水箱501、第一供水管502和第二供水管503，其中，環形水箱501可旋轉地安裝在轉軸101上，環形水箱501設有環形上開口 5011和水箱出水口 5012。第一供水管502的第一端與水箱出水口5012相連，第一供水管502的第二端與進水口 4014相連。第二供水管503的第一端與水源相連，第二供水管503的第二端設在環形上開口 5011的上方且與環形上開口 5011相對。此時，從水源排出的水1200進入到第二供水管503內，並從第二供水管503經過環形上開口 5011進入到環形水箱501內，接著水流藉助轉軸101轉動的離心力從水箱出水口 5012排入到第一供水管502內，並從第一供水管502經過進水口 4014進入到槽腔4011內。根據本發明實施例的供水組件500結構簡單可靠，保證從水源排出的水1200可進入到槽腔4011內。具體地，如圖12和圖13所示,第二供水管503上設有水泵2100，巨型海工離心機10000設在離心機室1700內，離心機室1700的內壁上設有環形集水槽1701，在巨型離心機1000旋轉時環形集水槽1701與出水通道4023的出口 40232相對，環形集水槽1701與集水池1800相連，集水池1800的下方設有用作水源的沉砂池1900，沉砂池1900與集水池1800連通。更具體地，離心機室1700的內壁上設有沿厚度方向貫穿其且與環形集水槽1701連通的集水口 1702，該集水口 1702通過回流管道2000與集水池1800連通，當超重力場造流裝置受到超重力場作用，即海工吊籃模型箱401處於水平狀態且繞轉軸101轉動，此時從槽腔4011排出的水流會在離心力的作用下排入環形集水槽1701內，環形集水槽1701內的水流經集水口 1702和回流管道2000匯聚在集水池1800內，然後經過沉砂池1900過濾，過濾後的清水經水泵2100返回到 環形水箱501內以完成水流的循環。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場造波裝置主要用於模擬海洋環境下各海工結構與海床系統的多相、多尺寸、多過程物理力學行為和動力相互作用，主要瞄準三大類迫切需要解決的重大海洋工程科學問題:I)海洋波浪-海工結構-土質海床的共同工作問題；2)海洋自然災害及工程風險問題；3)海底勘探方法驗證和巖土工程評價問題。旨在實現四大重大科學目標:1)再現海洋環境下海工結構-土質海床的動力學行為；2)揭示海工結構災變規律；3)建立海洋波浪-海工結構-土質海床相互作用理論；4)對比大型海工結構系統設計方案，為海洋工程設計、施工技術突破提供高水平的試驗驗證平臺。下面參考圖1、圖2和圖8描述根據本發明實施例的巨型海工離心機中的第二海工吊籃用於模擬海洋地震時即相當於超重力場加震裝置的結構和工作原理。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場加震裝置，如圖8所示，包括:海工吊籃模型箱401、震動臺模型箱600和震動臺800，其中，海工吊籃模型箱401為圓弧形，海工吊籃模型箱401內具有槽腔4011，海工吊籃模型箱401的第一端(如圖8所示的左端)的端面上設有進水口 4014，海工吊籃模型箱401的第二端(如圖8所示的右端)的端面上設有出水口，海工吊籃模型箱401沿從第一端到第二端的長度方向分為第一段4016、第二段4018和位於第一段4016和第二段4018中間且用於放置海工結構1300的中間段4017，第二段4018內設有鄰近第二端的消能結構4019，中間段4017的底壁向外突出以形成凹槽4020。可選地，消能結構4019為斜坡。值得說明的是，超重力場加震裝置還包括與進水口 4014相連的供水組件，該供水組件可通過進水口 4014向槽腔4011內供水。震動臺模型箱600的上端敞開，震動臺模型箱600設在凹槽4020內，震動臺模型箱600的上端的外周沿與凹槽4020的上端的外周壁之間通過密封裝置1400密封以形成震動臺空間1500，槽腔4011的底面上和震動臺模型箱600內設有土質海床700，槽腔4011內填充有水。也就是說，第一段4016的底面上放置有長度與第一段4016的周長相同的土質海床700，第二段4018的底面上放置有長度與第二段4018的周長相同的土質海床700，震動臺模型箱600內放置有土質海床700，且震動臺模型箱600內的土質海床700的頂面與第一段4016和第二段4018上的土質海床700的頂面平齊。震動臺800設在震動臺空間1500內，震動臺模型箱600設在震動臺800上，震動臺800用於產生震動且將震動施加給震動臺模型箱600，以在土質海床700和海工結構1300中產生力學響應，從而模擬海洋地震。此時由於密封裝置1400將震動臺800和震動臺模型箱600分開，可避免上層水、泥沙進入到震動臺800內，對震動臺800起到保護作用，延長震動臺800的使用壽命。具體地，震動臺800由液壓系統驅動產生水平方向的激震，激震的加速度為0_40g，頻率為0-350HZ，以模擬地震烈度為9度的地震，更具體地，地震波形可為正弦波和任意地震波，震動臺800的臺面可為長60cm、寬60cm，震動臺800的設計負載為100_500kg。其中，值得理解的是，震動臺空間1500內還設有滑軌系統和數據採集系統等以用於採集震動臺800產生的激震的加速度和頻率。同時，值得理解的是，本發明的巨型海工離心機中的測試系統等對模擬的海洋地震-海工結構-土質海床的相互作用的結果進行測試。其中，本發明實施例的超重力場加震裝置還可包括造流機、造波機、造風暴組件中的至少一個，從而可在超重力場下再現海流過程、再現海洋波浪過程、再現海洋風波過程，進而對海工結構施加超強地震、波浪和海流耦合作用的極端荷載。此時值得說明的是，當超重力場加震裝置包括造流機和/或造波機時，可通過從進水口 4014進水並從出水口排水以產生大量的水流循環從而實現造流和/或造波。此時，且值得說明的是，該供水組件可為任何裝置，只要可滿足在超重力場下向槽腔4011內供水即可。此時，第一段40 16為造波、流、風段，中間段4017為中部試驗段，第二段4018為消能段，第一段4016可由造流機產生單向或往復的海流，和/或由造波機產生波浪運動、和/或由造風暴組件產生風暴過程，中間段4017的凹槽4020中設有土質海床700，用於模擬不同深度的砂質或淤泥質海床地基。第二段4018可對傳遞到第二段4018的水流進行消能後從出水口排出。值得說明的是，當本發明的超重力場加震裝置內未設有造流機和/或造波機時，即該超重力場加震裝置只用來模擬海洋環境下海洋地震-海工結構-土質海床的相互作用時或者是還同時模擬海洋環境下波浪-海工結構-土質海床的相互作用時，在超重力場加震裝置中的震動臺800處於未運行狀態時，可通過進水口 4014向槽腔4011內排水以使得槽腔4011內填充有水，此時出水口處於關閉狀態，且在超重力場加震裝置中的震動臺800處於未運行狀態時，可通過打開出水口向外排水以更換槽腔4011內的水1200。同時在該超重力場加震裝置中的震動臺800處於運行狀態時，進水口 4014和出水口處於關閉狀態。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場加震裝置，通過使得海工吊籃模型箱401形成為圓弧形，在巨型海工離心機旋轉的過程中可在海工吊籃模型箱401中產生分布均勻合理的超重力場，在超重力場的作用下，通過將震動臺800產生的震動施加給震動臺模型箱600，在土質海床700和海工結構1300中產生力學響應，從而可在超重力場下再現海洋地震過程，模擬海洋環境下海洋地震-海工結構-土質海床的相互作用，且模擬的海洋地震過程逼真，結果精確，為海洋工程設計和施工技術突破提供高水平的實驗平臺。在本發明的一些實施例中，如圖8所示，槽腔4011的底壁內設有出水通道4023，出水通道4023具有進口 40231和出口 40232，出水通道4023的進口 40231與出水口相連，出水通道4023的出口 40232形成在凹槽4020的底壁的外表面上，此時，從進水口 4014進入到槽腔4011內的水流通過出水口進入到出水通道4023內，並流經整個出水通道4023後從出水通道4023的出口 40232排出槽腔4011。可選地，如圖8所示，出水通道4023的出口40232位於凹槽4020的底壁的中心位置。在本發明的一些實施例中，如圖8所示，第一段4016和第二段4018的周長相同且相對於中間段4017彼此對稱，從而可進一步保證模擬的海流地震過程逼真、結果精確。進一步地，凹槽4020的底壁為平的，從而可便於海工吊籃模型箱401的加工成型，且進一步保證超重力場在海工吊籃模型箱401內分布合理均勻。如圖1所示，在本發明的一些示例中，海工吊籃模型箱401具有矩形橫截面，從而進一步保證離心加速度場在海工吊籃模型箱401上分布均勻。為了便於向海工吊籃模型箱401內放置土質海床700和海工結構1300，在本發明的一些實施例中，如圖8所示，海工吊籃模型箱401的中間段4017的頂壁上設有頂部開口，頂部開口由蓋板4022密封。根據本發明實施例的巨型海工離心機的超重力場加震裝置主要用於模擬海洋環境下各海工結構與海床系統的多相、多尺度、多過程物理力學行為和動力相互作用，主要瞄準兩大類迫切需要解決的重大海洋工程科學問題:1)海底強震-海工結構-土質海床的共同工作問題；2)海洋自然災害及工程風險問題。旨在實現四個重大科學目標:1)再現海洋環境下海工結構-土質海床的動力學行為；2)揭示海工結構災變規律；3)建立海底強震-海工結構-土質海床相互作用理論；4)對比大型海工結構系統設計方案，為海洋工程設計、施工技術突破提供高水平的試驗驗證平臺。下面參考圖1、圖2、圖9-圖11描述根據本發明實施例的巨型海工離心機中的第二海工吊籃用於模擬海洋風暴時即相當於超重力場造風裝置的結構和工作原理。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場造風裝置，如圖9所示，包括:海工吊籃模型箱401和造風暴組件，該造風暴組件包括蜂窩器901、鼓風機902和抽風機903，其中，海工吊籃模型箱401為圓弧形，海工吊籃模型箱401內具有槽腔4011，海工吊籃模型箱401的第一端(如圖9中所示的左端)的端面上設有進風口 4012和與供水組件連通的進水口 4014，海工吊籃模型箱401的第二端(如圖9中所示的右端)的端面上設有出風口 4013和出水口，此時通過從進風口 4012往槽腔4011內吹風且從出風口 4013往外抽風以形成風力循環從而實現造風的目的。海工吊籃模型箱401沿從第一端到第二端的長度方向分為第一段4016、第二段4018和位於第一段4016和第二段4018中間且用於放置海工結構1300的中間段4017，第二段4018內設有鄰近第二端的消能結構4019，可選地，消能結構4019為斜坡。中間段4017的底壁向外突出以 形成凹槽4020，凹槽4020內和槽腔4011的底面上設有土質海床700，也就是說，第一段4016的底面上放置有長度與第一段4016的周長相同的土質海床700，第二段4018的底面上放置有長度與第二段4018的周長相同的土質海床700，凹槽4020內放置有土質海床700，且凹槽4020內的土質海床700的頂面與第一段4016和第二段4018上的土質海床700的頂面平齊。槽腔4011內填充有水1200。其中，值得說明的是，在超重力場造風裝置中的造風暴組件處於未運行狀態時，可通過進水口 4014向槽腔4011內供水以使得槽腔4011內填充有水1200，此時出水口處於關閉狀態。且可在超重力場造風裝置中的造風暴組件處於未運行狀態時，通過出水口向外排水進對槽腔4011內的水進行更換。在超重力場造風裝置中的造風暴組件處於運行狀態時，進水口 4014和出水口均處於關閉狀態。蜂窩器901設在第一段4016內且鄰近進風口 4012。鼓風機902與進風口 4012相連，用於通過進風口 4012向槽腔4011內鼓風。抽風機903與出風口 4013相連，用於通過出風口 4013從槽腔4011內抽風。從而利用回流式或者直流式風洞原理通過鼓風機902、蜂窩器901和抽風機903產生水平方向的人造可控風，以模型典型的海洋風暴過程。具體地，本發明的人造可控風的風速範圍為0-30m/s，即在風速最大時可模擬十級颱風的海洋風暴過程，其馬赫數低於0.4。具體地，第一段4016為造風段，中間段4017為試驗段、第二段4018為消能段，此時，造風段4016利用風洞 原理產生水平方向、速度範圍為0-30m/s的人造可控風，其馬赫數低於0.4。在中部氣體流速均勻的試驗段4017布置海工結構1300，模擬海面上氣流流動與海工結構的相互作用，空氣流經過試驗段4017後再經消能段4018消能後由抽風機903抽出槽腔4011以形成回流。其中，值得理解的是，本發明的超重力場造風裝置還包括測試系統等以對模擬的海洋風暴過程-海工結構-土質海床的相互作用的結果進行測試。根據本發明實施例的巨型海工離心機的超重力場造風裝置，通過使得海工吊籃模型箱401形成為圓弧形，在巨型海工離心機旋轉的過程中可在海工吊籃模型箱401中產生分布均勻合理的超重力場，在超重力場的作用下，通過鼓風機902、蜂窩器901和抽風機903產生人造可控風，從而能夠在超重力場下再現海洋風暴過程，模擬海洋環境下海洋風暴過程-海工結構-土質海床的相互作用，且模擬的海洋風暴過程逼真，結果精確，為海洋工程設計和施工技術突破提供高水平的實驗平臺。在本發明的一些實施例中，如圖9所示，槽腔4011的底壁內設有出水通道4023，出水通道4023具有進口 40231和出口 40232，出水通道4023的進口 40231與出水口相連，出水通道4023的出口 40232形成在凹槽4020的底壁的外表面上，此時，槽腔4011內的水流通過出水口進入到出水通道4023內，並流經整個出水通道4023後從出水通道4023的出口40232排出槽腔4011。從而可便於排放槽腔4011內的水。可選地，如圖9所示，出水通道4023的出口 40232位於凹槽4020的底壁的中心位置。其中，值得說明的是，在超重力場造風裝置處於運行狀態時，出水通道4023處於關閉狀態。在本發明的一些實施例中，如圖9所示，第一段4016和第二段4018的周長相同且相對於中間段4017彼此對稱，從而可進一步保證模擬的海流過程逼真、結果精確。進一步地，凹槽4020的底壁為平的，從而可便於海工吊籃模型箱401的加工成型，進一步保證超重力場在海工吊籃模型箱401內分布合理均勻。如圖1和圖10所示，在本發明的一些示例中，海工吊籃模型箱401具有矩形橫截面，從而進一步保證離心加速度場在海工吊籃模型箱401上分布均勻。為了便於向海工吊籃模型箱401內放置土質海床700和海工結構1300，在本發明的一些實施例中，如圖9所示，海工吊籃模型箱401的中間段4017的頂壁上設有頂部開口，頂部開口由蓋板4022密封。根據本發明的一些實施例，如圖9和圖11所示，用於巨型海工離心機的超重力場造風裝置還包括風道904，該風道904具有矩形橫截面，風道904設在槽腔4011內的上部，風道904朝向槽腔4011的底壁的一側敞開，從而通過設有風道904可導引風的流向，進一步保證人造可控風為水平流向，以進一步保證海洋風暴過程逼真，結果精確。進一步地，如圖11所示，風道904具有矩形橫截面且沿從長度方向分為穩定段9041、收縮段9042、試驗段9043、放大段9044和抽風回氣段9045，其中，穩定段9041和抽氣回收段9045具 有恆定的橫截面積,收縮段9042的橫截面積沿長度方向逐漸減小,放大段9044的橫截面積沿長度方向逐漸增大，試驗段9043具有恆定的橫截面積。從而可保證經過試驗段9043的氣體流速穩定，以保證模擬的海洋風暴過程-海工結構-土質海床的動力相互作用的結果精確。根據本發明實施例的用於巨型海工離心機的超重力場造風裝置主要用於模擬海洋環境下各海工結構與海床系統的多相、多尺度、多過程物理力學行為和動力相互作用，主要瞄準三大類迫切需要解決的重大海洋工程科學問題:I)海洋風暴過程-海工結構-土質海床的共同工作問題；2)海洋自然災害及工程風險問題；3)海底勘探方法驗證和巖土工程評價問題。旨在實現四個重大科學目標:1)再現海洋環境下海工結構-土質海床的動力學行為；2)揭示海工結構災變規律；3)建立海洋風暴過程-海工結構-土質海床相互作用理論；4)對比大型海工結構系統設計方案，為海洋工程設計、施工技術突破提供高水平的試驗驗證平臺。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
權利要求
1.一種巨型海工離心機，其特徵在於，包括: 機架； 轉臂，所述轉臂可旋轉地安裝所述機架的轉軸上； 第一海工吊籃，所述第一海工吊籃可上下擺動地連接在所述轉臂的第一端； 第二海工吊籃，所述第二海工吊籃可上下擺動地連接在所述轉臂的第二端，所述第二海工吊籃具有圓弧形的海工吊籃模型箱，所述海工吊籃模型箱內具有槽腔，所述海工吊籃模型箱的第一端的端面上設有進風口和與供水組件相連的進水口，所述海工吊籃模型箱的第二端的端面上設有出風口和出水口，所述海工吊籃模型箱沿從所述第一端到所述第二端的長度方向分為第一段、第二段和位於所述第一段和第二段中間且用於放置海工結構的中間段，所述第二段的內設有鄰近所述第二端的消能結構，所述中間段的底壁向外突出以形成凹槽； 震動臺模型箱，所述震動臺模型箱的上端敞開，所述震動臺模型箱設在所述凹槽內，所述震動臺模型箱的上端的外周沿與所述凹槽的上端的外周壁之間通過密封裝置密封以形成震動臺空間，所述槽腔的底面上和所述震動臺模型箱內設有土質海床，所述槽腔內填充有水； 震動臺，所述震動臺 設在所述震動臺空間內，所述震動臺模型箱設在所述震動臺上，所述震動臺用於產生震動且將所述震動施加給所述震動臺模型箱； 造風暴組件，所述造風暴組件用於在所述槽腔內產生風暴； 造流機，所述造流機設在所述第一段內且鄰近所述進水口，用於在所述槽腔內產生海流；和造波機，所述造波機設在所述第一段內且鄰近所述進水口，用於在所述槽腔內產生波浪。
2.根據權利要求1所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述造風暴組件包括: 蜂窩器，所述蜂窩器設在所述第一段內且鄰近所述進風口 ； 鼓風機，所述鼓風機與所述進風口相連，用於通過所述進風口向所述槽腔內鼓風；和 抽風機，所述抽風機與所述出風口相連，用於通過所述出風口從所述槽腔內抽風。
3.根據權利要求2所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述造風暴組件還包括風道，所述風道具有矩形橫截面，所述風道設在所述槽腔內的上部，所述風道朝向所述槽腔的底壁的一側敞開，所述風道具有矩形橫截面且沿從所述長度方向分為穩定段、收縮段、試驗段、放大段和抽風回氣段，所述穩定段和所述抽風回氣段具有恆定的橫截面積，所述收縮段的橫截面積沿所述長度方向逐漸減小，所述放大段的橫截面積沿所述長度方向逐漸增大。
4.根據權利要求1所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述第一海工吊籃包括: 吊架； 高壓密封模型箱，所述高壓密封模型箱安裝在所述吊架內，所述高壓密封模型箱內具有箱腔，所述高壓密封模型箱的壁內設有加壓口，所述箱腔的底面上設有土質海床，所述箱腔內填充有水；和 加壓組件，所述加壓組件與所述高壓密封模型箱的加壓口相連，用於對所述箱腔內的水加壓。
5.根據權利要求4所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述加壓組件包括: 柔性囊，所述柔性囊設在所述箱腔的水中且所述柔性囊的開口端延伸到所述加壓口內； 流體管，所述流體管與所述柔性囊的開口端相連，用於從加壓流體源向所述柔性囊內供給加壓流體或從所述柔性囊內排出加壓流體。
6.根據權利要求5所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述加壓組件還包括防護網罩，所述防護網罩設在所述箱腔內且安裝到所述高壓密封模型箱的壁上，所述防護罩的開口部伸入加壓口內，所述柔性囊容納在所述防護網罩內且所述柔性囊的開口端伸出所述防護網罩。
7.根據權利要求1所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述第一段和第二段的周長相同且相對於所述中間段彼此對稱，所述海工吊籃模型箱具有矩形橫截面，所述凹槽的底壁為平的，所述消能結構為斜坡。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述供水組件包括: 環形水箱，所述環形水箱可旋轉地安裝在所述轉軸上，所述環形水箱設有環形上開口和水箱出水口； 第一供水管，所述第一供水管的第一端與所述水箱出水口相連，所述第一供水管的第二端與所述進水口相連；和 第二供水管，所述第二供水管的第一端與水源相連，所述第二供水管的第二端設在所述環形上開口的上方且與所述環形上開口相對。
9.根據權利要求8所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述槽腔的底壁內設有出水通道，所述出水通道具有進口和出口，所述出水通道的進口與所述出水口相連，所述出水通道的出口形成在所述凹槽的底 壁的外表面上，所述出水通道的出口位於所述凹槽的底壁的中心位置。
10.根據權利要求9所述的巨型海工離心機，其特徵在於，所述巨型海工離心機設在離心機室，所述離心機室的壁上設有環形集水槽，在所述巨型離心機旋轉時所述環形集水槽與所述出水通道的出口相對，所述環形集水槽與集水池相連，所述集水池的下方設有用作所述水源的沉砂池，所述沉砂池與所述集水池連通。
全文摘要
本發明公開了一種巨型海工離心機，包括機架、轉臂、第一海工吊籃、第二海工吊籃、震動臺模型箱、震動臺、造風暴組件、造流機和造波機，第一海工吊籃和第二海工吊籃連接在轉臂上，第二海工吊籃具有圓弧形的海工吊籃模型箱，海工吊籃模型箱內具有槽腔且在中間段放置有海工結構。震動臺用於產生震動且將震動施加給震動臺模型箱。造風暴組件用於在槽腔內產生風暴。造流機用於在槽腔內產生海流。造波機用於在槽腔內產生波浪。本發明的巨型海工離心機，可實現從淺海到深海的海洋環境模擬技術，且可在超重力場中再現海洋環境下波浪、海流、風暴、地震過程。
文檔編號G01M10/00GK103234733SQ201310164888
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月7日 優先權日2013年5月7日
發明者張建民, 張建紅, 黎啟勝, 劉偉, 洪建忠, 冉光斌 申請人:清華大學, 中國工程物理研究院總體工程研究所