(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210909547.8 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 水利部交通 运输部国家能源局南京 水利科学研究院 地址 210009 江苏省南京市 鼓楼区广州路 223号 (72)发明人 关云飞　蔡正银　潘卓杰　任国锋　 顾行文　朱洵　徐光明　韩迅　 韩孝峰　管中林　敬元旭　 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 有限公司 1 1562 专利代理师 沈晓彦 (51)Int.Cl. G01M 10/00(2006.01) G01N 33/24(2006.01)G01N 3/10(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种土工离心机用的海 洋风浪流模拟系统 (57)摘要 本申请公开了一种土工离心机用的海洋风 浪流模拟系统， 包括： 专用模型箱、 基座、 动态加 载装置和控制装置； 其中， 基座与动态加载装置 均与专用模 型箱连接； 动态加载装置还与控制装 置连接。 本申请具备在超重力离心模拟试验 过程 中针对海洋结构基础实施海洋风浪流的模拟功 能， 依靠远程自动控制， 能在高达100g的超重力 环境下对模型桩基的任意三个位置施加海风荷 载、 海浪荷载和海流荷载， 并可任意组合实现单 自由度、 双自由度和三自由度的模拟。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115266021 A 2022.11.01 CN 115266021 A 1.一种土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 包括： 专用模型箱、 基座、 动 态加载装置和控制装置； 其中， 所述基座与所述动态加载装置均与所述专用模型箱连接； 所 述动态加载装置还与所述控制装置连接 。 2.根据权利要求1所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述专用 模型箱短边侧壁上表 面设有螺孔与所述基座连接固定， 长边一侧为可视活动窗口以满足拆 装试样及图像采集要求， 同时采用高强度铝合金材质以满足超重力场下 的抗渗、 抗变形能 力。 3.根据权利要求1所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述动态 加载装置包括： 海风加载装置、 海流加载装置和海浪加载装置； 其中， 所述海流加载装置安 装在所述基座一侧的上表面， 用于加载海流荷载； 所述海风加载装置和所述海浪加载装置 分别安装在所述基座另一侧的上表面和下表面， 分别用于加载海风荷载和海浪荷载。 4.根据权利要求3所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述海风 加载装置包括： 第一伺服电机、 第一丝杆、 第一丝杆螺母、 第一可移动件、 第一导轨、 第一称 重传感器、 第一限位传感器、 第一 光电编码器和第一磁栅尺。 5.根据权利要求4所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述海流 加载装置包括： 第二伺服电机、 第二丝杆、 第二丝杆螺母、 第二可移动件、 第二导轨、 第二称 重传感器、 第二限位传感器、 第二 光电编码器和第二磁栅尺。 6.根据权利要求5所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述海浪 加载装置包括： 第三伺服电机、 第三丝杆、 第三丝杆螺母、 第三可移动件、 第三导轨、 第三称 重传感器、 第三限位传感器、 第三 光电编码器和第三磁栅尺。 7.根据权利要求6所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述动态 加载装置的工作流程包括： 基于不同的实验需求， 将所述海流荷载、 所述海风荷载和所述海 浪荷载做不同的组合， 任意实现单自由度模式、 双自由度模式和三自由度模式下的模拟。 8.根据权利要求7所述的土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 其特征在于， 所述控制 装置包括： 电机 接口、 编码接口、 限位接口、 力接口和位移接口； 所述电机接口用于连接所述第一伺服电机、 所述第二伺服电机和所述第三伺服电机， 用于传输驱动和断电制动信号； 所述编码接口用于接收所述第 一光电编码器、 所述第 二光电编码器和所述第 三光电编 码器的速度反馈信号； 所述限位接口用于接收所述第 一限位传感器、 所述第 二限位传感器和所述第 三限位传 感器的反馈信号； 所述力接口用于接收所述第 一称重传感器、 所述第 二称重传感器和所述第 三称重传感 器的反馈信号； 所述位移接口用于接收所述第 一磁栅尺、 所述第 二磁栅尺和所述第 三磁栅尺的位置反 馈信号。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115266021 A 2一种土工离心机用的海洋风浪流模拟 系统 技术领域 [0001]本申请涉及土工离心模型试验领域， 具体涉及一种土工离心机用的海洋风浪流模 拟系统。 背景技术 [0002]土工离心模型试验是按照相似准则制备与现有结构和土体等效的缩尺模型， 利用 土工离心机旋转提供的离心力模拟重力， 用以测试实际重力场中土体与结构工程特性的室 内模型试验技术； 目前在超重力离心机环境下得到应用的动态荷载模拟方法主要包括电磁 式、 机械式、 液压式和伺服电机式。 [0003]由于电磁式动态荷载模拟方法存在结构复杂且庞大， 电磁干扰大等缺点， 尤其是 在安装空间小且需要实现多向复杂荷载模拟时， 应用该方法制成的装置非常不利于实现系 统的集成。 机械式动态荷载模拟存在循环荷载的调整 过程复杂， 不易于操作等缺点。 液压式 动态荷载模拟方法存在液压油在超重力环境下容易产生泄漏， 且大行程活塞杆在超重力环 境下水平向运动容易变形等缺点， 在超重力环境下多用来实现小位移、 高频率的地震荷载 模拟。 电机式动态荷载模拟方法具有电磁干扰大、 运动频率相对较低的缺点， 所以现有技术 无法满足同时模拟风、 浪、 流共同作用下土体与结构的动力响应， 进而 无法还原复杂海洋环 境下的实际受荷情况。 发明内容 [0004]本申请具备在超重力离心模拟试验过程中针对海洋结构基础实施海洋风浪流的 模拟功能， 依靠远程自动控制， 能在高达100g的超重力环境下对模型桩基的任意三个位置 施加海风荷载、 海浪荷载和海流荷载， 并可任意组合 实现单自由度、 双自由度和三自由度的 模拟。 [0005]为实现上述目的， 本申请提供了一种土工离心机用的海洋风浪流模拟系统， 包括： 专用模型箱、 基座、 动态加载装置和控制装置； 其中， 所述基座与所述动态加载装置均与所 述专用模型箱连接； 所述动态加载装置还与所述控制装置连接 。 [0006]优选的， 所述专用模型箱短边侧壁上表面设有螺孔与所述基座连接固定， 长边一 侧为可视活动窗口以满足拆装试样及图像采集要求， 同时采用高强度铝合金材质以满足超 重力场下的抗 渗、 抗变形能力。 [0007]优选的， 所述动态加载装置包括： 海风加载装置、 海流加载装置和海浪加载装置； 其中， 所述海流加载装置安装在所述基座一侧的上表面， 用于加载海流荷载； 所述海风加载 装置和所述海浪加载装置分别安装在所述基座另一侧的上表面和下表面， 分别用于加载海 风荷载和海浪荷载。 [0008]优选的， 所述海风加载装置包括： 第一伺服电机、 第一丝杆、 第一丝杆螺母、 第一可 移动件、 第一 导轨、 第一称重传感器、 第一限位传感器、 第一 光电编码器和第一磁栅尺。 [0009]优选的， 所述海流加载装置包括： 第二伺服电机、 第二丝杆、 第二丝杆螺母、 第二可说　明　书 1/5 页 3 CN 115266021 A 3