海洋力学模型测试系统

海洋力学模型测试系统 是针对海洋工程、地质力学及环境模拟研究的专用实验设备，主要用于模拟海底土体、结构物与海洋环境的相互作用。其核心功能包括波浪 - 海流 - 土体耦合加载、结构物响应监测及长期稳定性评估。以下是系统的关键组成、技术规范及典型试验方法：

1. 系统核心组成

（ 1 ） 模型箱主体

尺寸范围：

　　– 小型研究用：1m×1m×0.8m（长×宽×高，适用于局部冲刷试验）。

　　– 中型研究用：2mx2mx2

　　– 工程级：5m×3m×2m（可模拟桩基群或海底管缆相互作用）。

材料：

　　– 透明强化玻璃（观察流场，抗压≥0.5MPa，ASTM C1048）。

　　– 不锈钢316L框架（耐海水腐蚀，NORSOK M-001标准）。

　　– Q235钢板氧化

（ 2 ） 环境模拟模块

波浪生成系统：

　　– 类型：伺服作动器。加载能10Kn，25kn、50KN

　　– 加载方向，三个方向（XYZ）

　　– 参数：波高0.1-1.5m，周期1-10s（模拟JONSWAP谱或规则波）。

海流系统：

　　– 双向泵控流速0.01-2m/s（精度±1%，ADCP校准）。

土体加载单元：

　　– 静/动态加载板（轴向力≤50kN，频率0-5Hz）。

（ 3 ） 传感器阵列

       2. 典型试验项目与规范

（ 1 ） 海底管道冲刷试验

模拟条件：

　　– 流速0.3-1.2m/s（对应雷诺数1×10?~5×10?）。

　　– 砂土粒径d??=0.2-2mm（符合DNVGL-RP-F114）。

终止标准：

　　– 冲刷坑深度≥2倍管径或平衡状态（连续1h无变化）。

（ 2 ） 海上风机基础动力响应

加载模式：

　　– 水平循环荷载（幅值5-20%竖向承载力，频率0.1-0.5Hz）。

监测重点：

　　– 累积转角（≤0.1°为弹性极限，ISO 19902）。

（ 3 ） 海底滑坡模拟

触发机制：

　　– 斜坡角度15-30°，孔隙压比ru≥0.8时启动（参考NGI滑坡模型）。

数据采集：

　　– 高速摄像机（≥500fps）记录滑移面演化。

3. 系统关键技术指标

      4. 数据与控制系统

软件平台：

　　– LabVIEW或Python开发，集成Fluent/OpenFOAM流场解析模块。

控制逻辑：

　　– PID闭环调节（波浪-海流-土体加载耦合反馈）。

数据输出：

　　– 原始采样率≥10kHz，后处理生成应力-应变-流速时空云图。