1.一种井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置，其特征在于：这种井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置包括悬挂装置、下机架（15）、管柱（4）、外管（12）、外管固定装置（13）、转速驱动装置；下机架（15）设置于地面上，上机架（8）设置于高处，外管（12）下端通过法兰盘（30）固定在下机架（15）的支撑板（31）上，压力轴承（32）安装于外管（12）内部，压力轴承（32）下布置有压力传感器（33），压力传感器（33）坐落于支撑板（31）上；悬挂装置包括上机架（8）、电动升降机（9）、定滑轮（1）、钢丝绳、旋转接头（3）；外管（12）是透明的有机玻璃管，外管（12）通过外管固定装置（13）垂直固定，管柱（4）伸入到外管（12）内，管柱（4）上端通过旋转接头（3）与钢丝绳相连接，钢丝绳盘绕在电动升降机（9）的轮盘上，电动升降机（9）安装在上机架（8）上，拉力传感器（2）通过钢丝绳与旋转接头（3）连接；转速驱动装置包括皮带传动装置（10），皮带传动装置（10）通过一个可拆卸皮带轮（29）与管柱（4）连接，该可拆卸皮带轮（29）位于旋转接头（3）下方；外管（12）从上到下每间隔一定距离布置一对激光位移传感器（18），每对激光位移传感器（18）发出的激光射线互成90度，每对激光位移传感器（18）由夹持装置（5）固定于外管（12）外部；压力传感器（33）、拉力传感器（2）、各激光位移传感器（18）均通过数据采集器（6）连接计算机（7）。

2.根据权利要求1所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置，其特征在于：

所述的夹持装置（5）包括左夹持环（16）、右夹持环（17），左夹持环（16）、右夹持环（17）均为半圆形夹持环，两个半圆形夹持环一端由销钉（22）固定连接，另一端由可拆卸螺钉螺母连接构成环形夹持环，环形夹持环外壁设置有两对螺纹导轨（19），每对螺纹导轨（19）之间设置有固定板（21），固定板（21）通过螺母（20）可拆卸地紧固在螺纹导轨（19）上，激光位移传感器（18）固定于固定板（21）槽内，当夹持装置（5）夹紧外管（12）时，两对螺纹导轨（19）中心线成90度夹角。

3.根据权利要求2所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置，其特征在于：

所述的激光位移传感器（18）沿外管（12）从上到下每间隔布置时，靠近管柱（4）下端布置的激光位移传感器（18）密集一些，靠近管柱（4）上端布置的激光位移传感器（18）稀疏一些。

4.根据权利要求3所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置，其特征在于：

所述的旋转接头（3）包括套筒（24）、上短接（23）、下短接（27）、轴承（26）、销轴（25），上短接（23）设置上圆孔和下圆孔，套筒（24）设置一个销孔，下短接（27）设置一个螺纹孔，钢丝绳穿过上短接（23）的上圆孔与旋转接头（3）连接，上短接（23）的下圆孔和套筒销孔通过销轴（25）连接，销轴（25）的一端具有顶帽，销轴（25）另一端开键孔，销键插入键孔中，由销键固定防止销轴（25）脱落；下短接（27）与套筒（24）通过轴承连接，下短接（27）通过螺栓与管柱（4）连接。

5.根据权利要求4所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置，其特征在于：

所述的转速驱动装置包括电动机（11）、皮带传动装置（10），电动机（11）固定于上机架（8）上，皮带传动装置（10）由电动机皮带轮、皮带、可拆卸皮带轮（29）构成，可拆卸皮带轮（29）两端各设置一个连接头，每个设置有两个正对管柱轴心的螺栓，管柱（4）穿过可拆卸皮带轮（29）后，通过螺栓将可拆卸皮带轮（29）与管柱（4）相互锁死。

6.根据权利要求5所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置，其特征在于：

所述的高达20m以上的管柱（4）垂直悬挂于实验室大楼楼梯间内，每个楼层均安装外管固定装置（13），外管固定装置（13）固定于楼层地面上，外管（12）通过外管固定装置（13）固定于每个楼梯口楼板上；外管固定装置（13）一端的夹持头（34）固定外管（12），与夹持头（34）连接的筋板（35）通过螺栓固定于楼层地板上，夹持头（34）通过螺栓连接并夹紧外管（12），保证外管（12）的竖直与稳定。

7.一种权利要求6所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置的实验方法，其特征在于：

一、首先将管柱（4）与旋转接头（3）连接牢固，然后打开电动升降机（9）缓慢提升管柱（4），直到管柱（4）不与压力轴承（32）接触并保持一定距离，并使管柱（4）与外管（12）内壁不接触，管柱（4）与外管（12）轴心保持重合；

二、缓慢下放管柱（4），测试上机架（8）对管柱（4）的悬挂拉力载荷和压力轴承（32）对管柱（4）的压力载荷，测试激光位移传感器（18）所显示管柱（4）横向位移；

三、数据处理：首先在激光位移传感器（18）所在平面建立一个平面坐标系，规定两个互成90度夹角的激光位移传感器（18）所在直线分别为x轴、y轴，坐标轴原点所在位置为外管（12）轴心；激光位移传感器（18）测试所得数据则为管柱外壁在x轴、y轴上的坐标，已知外管（12）内径和管柱（4）外径，根据平面几何原理计算得出管柱轴心所在位置；各个激光位移传感器（18）测出相应的轴心点，利用三次样条插值法将若干个轴心点连成一条光滑的曲线，得出管柱（4）变形形态；

四、在管柱（4）外壁不接触外管（12）内壁的前提下，重复步骤二和步骤三，判断管柱（4）是否发生横向位移；

五、重复步骤二和步骤三，管柱（4）外壁接触外管（12）内壁，判断管柱（4）与外管（12）是否为单点接触，测试得到对应压力载荷即为正弦屈曲的临界载荷；

六、重复步骤二和步骤三，根据管柱（4）的变形形态，判断管柱（4）与外管（12）是否存在线接触正弦屈曲状态，是否先后存在线接触、两点接触、三点接触、点线点接触的螺旋屈曲状态；

七、重复步骤二和步骤三，管柱（4）外壁接触外管（12）内壁，判断管柱（4）与外管（12）点线点接触是否形成完整的一个螺距，测试得到对应压力载荷即为悬挂管柱螺旋屈曲的临界载荷。

8.一种权利要求6所述的井筒内悬挂管柱正弦和螺旋屈曲模拟实验装置的实验方法，其特征在于：

一、首先将管柱（4）与旋转接头（3）连接牢固，然后打开电动升降机（9）缓慢提升管柱（4），直到管柱（4）不与压力轴承（32）接触并保持一定距离，并使管柱（4）与外管（12）内壁不接触，管柱（4）与外管（12）轴心保持重合；

二、缓慢下放管柱（4）一定距离，打开电动机驱动可拆卸皮带轮（29）旋转，可拆卸皮带轮（29）带动管柱（4）旋转，待管柱（4）运动状态稳定后，测试上机架（8）对管柱（4）的悬挂拉力载荷和压力轴承（29）对管柱（4）的压力载荷，测试激光位移传感器（18）所显示管柱（4）横向位移；

三、数据处理：首先在激光位移传感器（18）所在平面建立一个平面坐标系，规定两个互成90度夹角的激光位移传感器（18）所在直线分别为x轴、y轴，坐标轴原点所在位置为外管轴心；激光位移传感器（18）测试所得数据则为管柱（4）外壁在x轴、y轴上的坐标，已知外管（12）内径和管柱（4）外径，根据平面几何原理计算得出管柱轴心所在位置；

由于管柱（4）做旋转运动，利用计算机（7）记录管柱（4）轴心点在该平面内的运动轨迹；

从上而下设置的激光位移传感器（18）测出若干个管柱（4）轴心点运动轨迹，从中选取各个时刻管柱轴心所在位置，利用三次样条插值法将若干个轴心点连成一条光滑的曲线，得出各个时刻管柱（4）变形形态；

四、在管柱（4）外壁不接触外管（12）内壁的前提下，重复步骤二和步骤三，判断管柱（4）是否发生横向位移；

五、重复步骤二和步骤三，管柱（4）外壁接触外管（12）内壁，判断管柱（4）与外管（12）是否为单点接触，测试得到对应压力载荷即为正弦屈曲的临界载荷；

六、重复步骤二和步骤三，根据管柱（4）的变形形态，判断管柱（4）与外管（12）是否存在线接触正弦屈曲状态，是否先后存在线接触、两点接触、三点接触、点线点接触的螺旋屈曲状态；

七、重复步骤二和步骤三，管柱（4）外壁接触外管（12）内壁，判断管柱（4）与外管（12）点线点接触是否形成完整的一个螺距，测试得到对应压力载荷即为悬挂管柱螺旋屈曲的临界载荷。