1.一种隔水管涡激振动自适应抑制装置,其特征在于:其包括带尾翼的分离盘、对称设置在分离盘的尾翼两侧的两振动管柱、以及对称设置在所述分离盘尾翼与两所述振动管柱之间的两套可变刚度和可变阻尼系统与馈能控制系统;所述可变刚度和可变阻尼系统包括大刚度弹簧下支撑座、大刚度弹簧、弹簧连接器、被动式磁流变液阻尼器、小刚度弹簧和小刚度弹簧上支撑座;所述大刚度弹簧下端通过所述大刚度弹簧下支撑座固定设置在所述分离盘尾翼上,所述大刚度弹簧上端通过所述弹簧连接器与所述小刚度弹簧串联连接;所述小刚度弹簧下端固定设置在所述弹簧连接器上,所述小刚度弹簧上端通过所述小刚度弹簧支撑座与所述振动管柱相连接;所述被动式磁流变液阻尼器插设在所述小刚度弹簧内,且所述被动式磁流变液阻尼器的外筒底端固定于所述弹簧连接器上部,所述被动式磁流变液阻尼器的伸缩杆顶端固定于所述小刚度弹簧上支撑座下部,所述被动式磁流变液阻尼器通过信号线与所述馈能控制系统相连;所述馈能控制系统包括能量回收系统和控制系统;所述能量回收系统将所述振动管柱与所述分离盘尾翼的相对运动产生的机械能转换为电能发送到所述控制系统,所述控制系统利用所述能量回收系统发送的电能,以及所述振动管柱与所述分离盘尾翼的相对运动生成控制信号发送到所述可变刚度和可变阻尼系统。
2.如权利要求1所述的一种隔水管涡激振动自适应抑制装置,其特征在于:所述能量回收系统包括齿条、齿轮、加速齿轮组、发电机、发电机支架;所述发电机通过所述发电机支架固定设置在所述分离盘的尾翼上,所述发电机的扭矩输入端通过所述加速齿轮组与所述齿轮相连,所述齿轮与所述齿条内端相连,所述齿条外端与所述振动管柱相连,所述齿轮与齿条相配合将所述振动管柱的直线运动转化为所述加速齿轮组的旋转运动,所述加速齿轮组带动所述发电机转动产生电能。
3.如权利要求2所述的一种隔水管涡激振动自适应抑制装置,其特征在于:所述控制系统包括充电电路、蓄电池、控制电路、功率放大器和运动传感器;所述蓄电池的电能输入端通过所述充电电路与所述发电机的电能输出端相连,所述蓄电池的电能输出端与所述控制电路相连为其提供能量;所述运动传感器设置在所述振动管柱和分离盘尾翼上,将所述振动管柱和分离盘尾翼的速度和加速度信号发送到所述控制电路;所述控制电路根据所述运动传感器测量得到的振动管柱和分离盘尾翼的速度和加速度信号生成控制信号,经所述功率放大器发送到所述可变刚度和可变阻尼系统。
4.一种采用如权利要求1~3任一项所述装置的隔水管涡激振动自适应抑制方法,其特征在于包括以下步骤:1)依据海流流过分离盘后的漩涡脱落位置,确定两振动管柱的布置位置,进而确定分离盘的位置;2)在两振动管柱与分离盘的尾翼之间设置两套可变刚度和可变阻尼系统与馈能控制系统,所述可变刚度和可变阻尼系统包括大刚度弹簧、小刚度弹簧以及被动式磁流变液阻尼器;3)馈能控制系统根据振动管柱与分离盘尾翼的相对运动信号,生成控制信号发送到可变刚度和可变阻尼系统,对隔水管涡激振动进行自适应抑制。
5.如权利要求4所述的一种隔水管涡激振动自适应抑制方法,其特征在于:所述步骤3)中,馈能控制系统对隔水管涡激振动进行自适应抑制的方法,包括以下步骤:3.1)对可变刚度和可变阻尼系统进行等效,根据其等效物理模型得到可变刚度和阻尼系统产生的阻尼力与被动式磁流变液阻尼器的阻尼值的关系;3.2)根据振动管柱和分离盘尾翼之间的相对速度生成控制信号,发送到可变刚度及阻尼系统,使之生成相应的阻尼力,对振动管柱的涡激振动进行自适应抑制。
6.如权利要求5所述的一种隔水管涡激振动自适应抑制方法,其特征在于:所述可变刚度和阻尼系统产生的阻尼力与其等效弹簧刚度和等效阻尼之间的关系的计算方法为:首先计算可变刚度和可变阻尼系统的动力学方程:式中,x、x m 、x 0 分别代表振动管柱的位移、可变刚度和可变阻尼系统的位移和分离盘尾翼的位移, 分别代表振动管柱的速度和可变刚度和阻尼系统的速度, 代表振动管柱的加速度,M代表振动管柱的质量,F为外部振动产生的激励力;然后,根据可变刚度和可变阻尼系统的动力学方程,计算可变刚度和可变阻尼系统的等效物理模型的动力学方程:式中,k′、c′分别为可变刚度和可变阻尼系统等效物理模型的等效弹簧刚度,等效阻尼为;最后,对上述各式进行拉普拉斯变换,并令s=jω,整理对比得到等效弹簧刚度和等效阻尼与被动式磁流变液阻尼器的阻尼值c 1 的关系为:进而得到可变刚度和阻尼系统产生的阻尼力与被动式磁流变液阻尼器的阻尼值的关系。
7.如权利要求5所述的一种隔水管涡激振动自适应抑制方法,其特征在于:所述馈能控制系统根据振动管柱和分离盘尾翼之间的相对速度,得到所述可变刚度及可变阻尼系统产生的阻尼力的计算公式为:式中,F为可变刚度及可变阻尼系统产生的阻尼力, 为分离盘尾翼的速度,μ为可控阻尼系数。