一种船舶水池碰撞试验方法技术

本发明专利技术涉及一种船舶水池碰撞试验方法，具体步骤包括：1)将被撞船模型移入撞击位置，拉直两根系泊绳，使被撞船模型以被撞角度处于静止漂浮状态，放松两根系泊绳；2)用拖车拖带撞击船模型达到预定撞击速度后与被撞船模型碰撞，此时，连接在拖车桁架前端架上的用于控制撞击船模型姿态的两根钢丝绳破断，拖车刹车直至停止，采集撞击后的力传感器和加速度传感器的数据，分析得到撞击过程中的碰撞力时程曲线和被撞船模型加速度响应时程曲线；3)调整撞击船模型速度、被撞船模型浮态、被撞角度以及艏部形式，再次进行撞击试验。本发明专利技术的方法能够开展不同撞击速度条件下的碰撞效果验证，较好的反映了海上真实的撞击环境，风险小、成本低，操作灵活方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于船舶制造
，特别涉及一种船舶水池碰撞试验方法。
技术介绍
从二十世纪六十年代初开始，世界各地相继完成了许多的船舶碰撞试验。1960至1976年，意大利、德国和日本的研究者进行了一系列模型试验，其主要目的是为了核动力船的设计，使核动力装置免于遭受碰撞损伤。德国先后完成12艘船舶模型的碰撞试验(Woisin，1979)，模型比例从1/12到1/17.5不等，撞击船艏沿倾斜钢轨自由滑下。试验结果发现撞击船艏遭受了严重的碰撞损伤变形，主要是因为被撞船舷侧结构是作为防护结构来设计的，其刚度远远超过撞击船艏。意大利共进行了24个模型试验，以检测不同类型舷侧结构抵抗不同类型船舶撞击的有效率。撞击船艏沿一倾斜滑道下滑，然后与台车上的舷侧结构模型发生碰撞，台车可沿水平轨道自由移动。为了考虑被撞船周围水的影响，台车上附设了翼片，翼片则浸入左右侧的水槽中。试验所采用的模型比例为1/15和1/10。日本于九十年代完成了一个历时7年(1991-1997)的研究项目，专题讨论油船结构的碰撞破裂失效及其所引起的石油外泄问题。该项研究的重点集中在两个方面，一是船体结构碰撞(或搁浅)损伤的动力过程；二是石油外泄或海水入浸破舱的过程。1997年11月，日本、荷兰和德国三方合作进行了新的船－船碰撞试验，参与碰撞试验的是两条1500吨油船，撞击船首采用“硬”球鼻，被撞船中部安装标准VLCC的舷侧双壳结构模型。目前国内谭忠华开展了船舶缩比模型的水池碰撞和空气碰撞试验研究，该实验并非船舶与船舶之间的撞击，而是装在船舶艏部的力传感器撞击刚性板，主要探讨两种碰撞模式下碰撞力的差别。由于船舶碰撞现象的及其复杂性，许多细节无法用理论模型来表达，所以开展试验研究是必要的。从试验中可以获取可靠的数据，得到正确的结论。虽然实船碰撞试验是船舶碰撞安全性研究中最准确可靠的方法，但它却是一种极其昂贵的破坏试验，难以实施。况且碰撞问题本身的强非线性特征以及碰撞条件的不确定性也决定了试验结果存在很大的局限性。船舶碰撞是一个强非线性问题，相似律在船舶碰撞的模型试验中非常重要，而小尺度比例模型中的壳板破裂和实船的壳板破裂并不符合相似规律，有些构件在缩尺模型中又常常被删除，所以，缩尺模型的试验结果通常难以直接用于模拟实船碰撞过程。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种船舶水池碰撞试验方法，能够开展不同撞击速度、撞击角度、艏部形式条件下的碰撞效果验证，较好的反映了海上真实的撞击环境，风险小、成本低，操作灵活方便。本专利技术的具体技术方案是一种船舶水池碰撞试验方法，采用的试验装置包括拖带装置、系泊装置和数据采集系统，其特征在于，所述的拖带装置包括撞击船模型、拖带桁架和拖带钢丝绳，所述的撞击船模型包括分离的艏部和主船体以及导向螺栓，所述的分离的艏部和主船体通过导向螺栓连接在一起，艏部和主船体在撞击船模型沿船的长度方向上能够滑动，所述的拖带桁架安装在船舶水池的拖车上，拖带桁架具有前端架和后端架，撞击船模型的主船体通过四根拖带钢丝绳与拖带桁架连接，其中，有两根拖带钢丝绳对称地连接在前端架上，另两根拖带钢丝绳对称地连接在后端架上，所述的系泊装置包括被撞船模型和系泊绳，所述的系泊绳有两根，两根系泊绳的一端分别系在被撞船模型两端上，两根系泊绳的另一端分别系在水池的两岸上，所述的数据采集系统包括力传感器和多个加速度传感器，所述的力传感器安装在所述的撞击船模型的分离的艏部和主船体之间，所述的多个传感器固定在被撞船模型内的安装座上，安装座与被撞船模型的船体刚性连接，所述的碰撞方法的具体步骤包括：1)将被撞船模型移入撞击位置，拉直两根系泊绳，使被撞船模型以被撞角度处于静止漂浮状态，放松两根系泊绳；2)用拖车拖带撞击船模型达到撞击速度后与被撞船模型碰撞，此时，连接在拖带桁架的前端架上的两根拖带钢丝绳破断，拖车刹车直至停止，采集碰撞前后的力传感器和多个加速度传感器的输出数据，得到撞击过程中的碰撞力时程曲线和被撞船模型加速度时程曲线；更进一步地，在所述步骤2)之后，调整撞击船模型的速度、被撞船模型浮态、撞击角度以及撞击船模型的艏部形式，再次按步骤1)和2)进行撞击试验。更进一步地，所述的拖带钢丝绳为直径为1mm的细钢丝绳，材质为60#高碳钢，动态破断载荷小于20Kgf。更进一步地，所述的系泊绳的材料为尼龙绳。本专利技术的有益效果是：1)与实尺度船舶碰撞试验相比，风险小、成本低；2)撞击船模型可基于实船尺寸和航行要求完成缩尺设计，并通过拖车拖带，能够开展不同撞击角度、撞击速度条件下的碰撞效果验证，与采用动力驱动船模相比，操作灵活方便，利于船模姿态调整；此外，目前撞击船模型的拖带过程中采用钢丝绳固定，待两船撞击同时，钢丝绳能够实现自动断裂，较好的反映了海上真实的撞击环境；3)被撞船模型采取钢结构，能够开展碰撞力和结构动态响应测量，能够验证海上撞击环境条件下的结构响应特点；同时，被撞船模型的系泊方案能够开展不同撞击角度条件下的碰撞效果验证，操作灵活方便。附图说明图1为本专利技术的船舶水池碰撞试验方法采用的拖带装置结构示意图；图2为本专利技术的船舶水池碰撞试验方法采用的拖带装置的撞击船模型的结构示意图；图3为本专利技术的船舶水池碰撞试验方法采用的系泊装置结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步地描述。如附图1-2所示，本专利技术的船舶水池碰撞试验方法采用的试验装置包括拖带装置、系泊装置和数据采集系统。所述的拖带装置包括撞击船模型11、拖带桁架12和拖带钢丝绳13，所述的撞击船模型包括分离的艏部111和主船体112以及导向螺栓113，所述的分离的艏部和主船体通过导向螺栓连接在一起，艏部和主船体在撞击船模型沿船的长度方向上能够滑动，所述的拖带桁架安装在船舶水池的拖车上，拖带桁架具有前端架和后端架，撞击船模型的主船体通过四根拖带钢丝绳与拖带桁架连接，其中，有两根拖带钢丝绳对称地连接在前端架上，另两根拖带钢丝绳对称地连接在后端架上。艏部的形式可以是多种，比如楔形的和球形的，分别对应不的船舶形式，不同艏部的形式产生不同撞击效果。所述的拖带钢丝绳为直径为1mm的细钢丝绳，材质为60#高碳钢，动态破断载荷小于20Kgf。连接在前端架上的两根拖带钢丝绳起拖带作用(主要承受拖带载荷，拉力为撞击船模型阻力大小，在10Kgf以下)，连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶水池碰撞试验方法，采用的试验装置包括拖带装置、系泊装置和数据采集系统，其特征在于，所述的拖带装置包括撞击船模型、拖带桁架和拖带钢丝绳，所述的撞击船模型包括分离的艏部和主船体以及导向螺栓，所述的分离的艏部和主船体通过导向螺栓连接在一起，艏部和主船体在撞击船模型沿船的长度方向上能够滑动，所述的拖带桁架安装在船舶水池的拖车上，拖带桁架具有前端架和后端架，撞击船模型的主船体通过四根拖带钢丝绳与拖带桁架连接，其中，有两根拖带钢丝绳对称地连接在前端架上，另两根拖带钢丝绳对称地连接在后端架上，所述的系泊装置包括被撞船模型和系泊绳，所述的系泊绳有两根，两根系泊绳的一端分别系在被撞船模型两端上，两根系泊绳的另一端分别系在水池两侧的固定端，所述的数据采集系统包括力传感器和多个加速度传感器，所述的力传感器安装在所述的撞击船模型的分离的艏部和主船体之间，所述的加速度传感器固定在被撞船模型内的安装座上，安装座与被撞船模型的船体刚性连接，所述的碰撞方法的具体步骤包括：1)将被撞船模型移入撞击位置，拉直两根系泊绳，使被撞船模型以被撞角度处于静止漂浮状态，放松两根系泊绳；2)用拖车拖带撞击船模型达到撞击速度后与被撞船模型碰撞，此时，连接在拖带桁架的前端架上的两根拖带钢丝绳破断，拖车刹车直至停止，采集碰撞前后的力传感器和多个加速度传感器的输出数据，得到撞击过程中的碰撞力时程曲线和被撞船模型加速度时程曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种船舶水池碰撞试验方法，采用的试验装置包括拖带装置、系泊
装置和数据采集系统，其特征在于，
所述的拖带装置包括撞击船模型、拖带桁架和拖带钢丝绳，所述的撞
击船模型包括分离的艏部和主船体以及导向螺栓，所述的分离的艏部和主
船体通过导向螺栓连接在一起，艏部和主船体在撞击船模型沿船的长度方
向上能够滑动，所述的拖带桁架安装在船舶水池的拖车上，拖带桁架具有
前端架和后端架，撞击船模型的主船体通过四根拖带钢丝绳与拖带桁架连
接，其中，有两根拖带钢丝绳对称地连接在前端架上，另两根拖带钢丝绳
对称地连接在后端架上，
所述的系泊装置包括被撞船模型和系泊绳，所述的系泊绳有两根，两
根系泊绳的一端分别系在被撞船模型两端上，两根系泊绳的另一端分别系
在水池两侧的固定端，
所述的数据采集系统包括力传感器和多个加速度传感器，所述的力传
感器安装在所述的撞击船模型的分离的艏部和主船体之间，所述的加速度
传感器固定在被撞船模型内的安装座上，安装座与被撞船模型的船体刚性<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜俭业，李炜，李良伟，刘平，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二五三七部队，
类型：发明
国别省市：北京;11