一种船冰水池碰撞实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船冰水池碰撞实验装置，包括水箱，水箱内设置有船模和冰体，所述冰体与拉杆固定连接，拉杆固定安装在滑轮的连杆上，滑轮位于导轨内，导轨与连接板连接，连接板与拖带装置固定连接，滑轮通过连接装置固定在导轨上，在船模端部安装有应变片，应变片依次与电荷放大器、多通道信息采集仪和计算机连接；拖带装置运动，带动滑轮和导轨运动，从而带动拉杆运动，冰体撞向船模，应变片采集碰撞数据。本发明专利技术的一种船冰水池碰撞实验装置，能够开展不同冰材料的力学属性、冰体形状、冰体质量、冰体速度、撞击位置、船模浮态以及撞击角度的结构响应验证，较好反映船与冰撞击的真实情况，成本低、易操作、风险小。

A ship ice pool collision experimental device and experimental method

The invention discloses a collision experimental device for a ship ice pool, which comprises a water tank with a ship model and an ice body arranged in the water tank. The ice body is fixed connected with a pulley rod, the pulley is fixed on a connecting rod of a pulley, the pulley is located in a guide rail, the guide rail is connected with a connecting plate, the connecting plate is fixed connected with a towing device, and the pulley is fixed through a connecting and assembling device. A strain gauge is installed at the end of the ship model, which is connected with the charge amplifier, the multi-channel information acquisition instrument and the computer in turn. The towing device drives the pulley and the guide rail, thus driving the pull rod movement, the ice collides with the ship model, and the strain gauge collects the collision data. The invention relates to a collision experimental device for ship ice pool, which can carry out the structural response verification of different ice material mechanical properties, ice shape, ice mass, ice speed, impact position, ship mode floating mode and impact angle, and can better reflect the real situation of ship-ice collision with low cost, easy operation and low risk.

【技术实现步骤摘要】
一种船冰水池碰撞实验装置及实验方法
本专利技术涉及船冰水池碰撞实验装置及实验方法，属于船舶制造

技术介绍
随着我国经济建设的高速发展，海洋经济已经成为国民经济的新增长点，北极开发及北极航道的开辟不仅为我国新的战略提供新的保障，而且缩短了航运时间，但是随着海洋开发的大规模开展，影响海上结构物安全和操作的海冰灾害问题、海冰与结构物相互作用问题日益突出。由于船冰碰撞的复杂性，许多细节无法用理论模型来表达，实船实验又十分昂贵，开展模型试验研究是必要的，总体而言，前期的模型试验研究的关注点主要集中在船-冰碰撞后引起的横摇、纵摇、垂荡等外部动力学和船体上承受的载荷方面，而对于船体结构在该载荷下结构响应的试验尚未展开，主要原因如下：(1)冰体材料对温度要求高，同时需要在水中进行；(2)实验船模一般都用水池的拖车拖曳，很难摆脱拖车动能的影响；(3)船舶撞击浮冰，而船模运动必然影响浮冰的姿态，很难实现预期的碰撞方案；(4)用多根绳索拉冰体模型时，冰体后部分因流体作用会向上翘起。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种船冰水池碰撞实验装置及实验方法，能够开展不同冰材料的力学属性、冰体形状、冰体质量、冰体速度、撞击位置、船模浮态以及撞击角度的结构响应验证，较好反映船与冰撞击的真实情况，成本低、易操作、风险小。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种船冰水池碰撞实验装置，包括水箱，水箱内设置有船模和冰体，所述冰体与拉杆固定连接，拉杆固定安装在滑轮的连杆上，滑轮位于导轨内，导轨与连接板连接，连接板与拖带装置固定连接，滑轮通过连接装置固定在导轨上，在船模端部安装有应变片，应变片依次与电荷放大器、多通道信息采集仪和计算机连接；拖带装置运动，带动滑轮和导轨运动，从而带动拉杆运动，冰体撞向船模，应变片采集碰撞数据。作为优选，所述导轨为方形空心钢管，滑轮沿钢管滑动。作为优选，所述连接装置为细绳。作为优选，所述细绳为尼龙绳，动态载荷小于10kgf。作为优选，所述拉杆上固定安装有加速度传感器，在拖带装置上安装有采集和处理加速度传感器信号的处理装置。一种利用上述的船冰水池碰撞实验装置的实验方法，包括以下步骤：1)将船模以撞击角度移到撞击位置，处于自由漂浮状态；2)将一定位冰体放入水中处于自由漂浮状态，将滑轮置于轨道内，并通过螺栓固定在拖带桁架上，并将定位冰体取出；3)将相同参数的实验冰体的滑轮置于轨道内，并用细线拴紧，然后启动拖带装置，将冰体以碰撞速度撞击船模，此时，细线被拉断，拖车刹车停止，采集数据；4)更换冰材料属性、冰体质量及冰体形状，在所述步骤2)之后调整冰体速度、撞击位置、船模浮态以及撞击角度，再次按照实验步骤3)进行撞击实验。在本专利技术中，拖带装置包括拖车、拖带桁架和细线，所述的拖带桁架沿拖车行驶方向依次固定在拖车上，固定桁架伸在拖车下的板材中间沿长边有细长开孔，拉杆和轨道上的板材由一根细线系紧。导向装置包括导轨、滑轮和拉杆，所述的导轨为一空心长方体钢材，顶面焊接开孔的板材，通过螺栓固定于拖带桁架，底面中间有一细长开孔供滑轮拉杆移动，后面开口，所述滑轮为轮对置于导轨内，所述拉杆为空心钢管，上端焊接于滑轮连杆中心处，下端伸入冰体内，拉杆伸出冰体高度一致，并且在同一个水平线上。所述数据采集装置为加速度传感器、应变片、电荷放大器、多通道信号采集仪、计算机、高速摄像仪，所述加速度传感器通过防水胶固定于拉杆上，所述应变片置于碰撞区域的船体内侧，收集加速度传感器信号的电荷放大器、多通道信号采集仪和计算机在拖车上，收集力传感器信号的电荷放大器、多通道信号采集仪和计算机在拖车轨道外侧，高速摄像仪固定在碰撞区域的拖车轨道内墙壁上，有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)与实尺度船冰碰撞实验相比，风险小、成本低、可行性强。2)冰体属性可基于不同地域的冰材料制作，冰体质量与形状可以根据试验要求制作。通过预埋在冰体中的结构用拖车实现速度的赋予，来开展不同速度条件下的碰撞效果验证。3)冰体通过滑轮可以在轨道上运动，首先可以避免拖车动能对碰撞结果的影响；其次，可以保证冰体在碰撞之前的拖运过程中始终保持预先调节好的姿态，不会受周围流场运动影响而改变碰撞角度和冰体后面向上仰起；最后，滑轮通过细线固定，待碰撞时，细线能够自动破断，较好的反映海上船冰撞击环境。4)导轨上的开孔板材可实现轨道的垂直调整，满足不同冰材料的需求。5)本专利技术以相对运动原理采用冰撞击船，船模只需要放在指定位置就好，冰运动带动的波浪不足以影响船模姿态；撞击结束后，船模并不会移动太远距离，稍作调整就可；冰相对于船更方便移动，可快速放入轨道，减少冰体融化，缩短实验时间。附图说明图1是本专利技术船冰水池实验装置侧视图。图2是本专利技术船冰水池实验装置A-A剖视图。图3是本专利技术船冰水池实验装置拖带装置结构示意图。图中：1冰体，2船舶模型，3数据采集装置，4拖车，5拖带桁架，6细线，7导轨，8滑轮，9拉杆，10开孔板材，11螺栓，12加速度传感器，13，应变片，14电荷放大器，15多通道信息采集仪，16是计算机。具体实施方式如附图1所示，本专利技术的船冰水池碰撞实验装置包含拖带装置、导向装置、冰体1、船模2和数据采集系统3。拖带装置包括拖车4、拖带桁架5和细线6，拖带桁架沿拖车行驶方向固定在拖车上，固定桁架固定在拖车上，伸在拖车下的连接板中间沿长边有细长开孔，滑轮在导轨上由一根细线系紧，细线材料为尼龙绳，动态破断载荷小于10kgf。冰体一旦撞击船模，碰撞力远大于100kgf，也就远远大于细线的动态破坏载荷，冰体在碰撞力作用下会向后滑动导致细线破断。在本专利技术中，导向装置包括导轨7、滑轮8和拉杆9，所述的导轨为一空心长方体钢材，导轨顶面焊接开孔的连接板10，通过螺栓11固定于拖带桁架，底面中间有一细长开孔供滑轮和拉杆移动，后面开口，所述滑轮为轮对置于导轨内，滑轮仅可沿冰体运动方向运动，所述拉杆为空心钢管，上端焊接于滑轮连杆中心处，下端伸入冰体内，拉杆伸出冰体高度一致，并且在同一个水平线上。所述数据采集装置为加速度传感器12、应变片13、电荷放大器14、多通道信号采集仪15、计算机16、高速摄像仪，所述加速度传感器通过防水胶固定于拉杆上，所述应变片置于碰撞区域的船体内侧，收集加速度传感器信号的电荷放大器、多通道信号采集仪和计算机在拖车上，收集力传感器信号的电荷放大器、多通道信号采集仪和计算机在拖车轨道外侧，高速摄像仪固定在碰撞区域的拖车轨道内墙壁上。所述的船冰碰撞实验的具体步骤：1)将船模以撞击角度移到撞击位置，处于自由漂浮状态；2)将一定位冰体放入水中处于自由漂浮状态，将滑轮置于轨道内，并通过螺栓固定在拖带桁架上，并将定位冰体取出；3)将相同参数的实验冰体的滑轮置于轨道内，并用细线拴紧，然后启动拖车，将冰体以碰撞速度撞击船模，此时，细线被拉断，拖车刹车停止，采集数据。采集碰撞前后的加速度传感器和应变传感器的输出数据，得到碰撞过程中的加速度时程曲线和碰撞力时程曲线，通过高速摄像仪得到冰体失效过程和船模撞深和失效过程。4)调整冰体参数和被撞船浮态和被撞角度，再次进行撞击实验。具体方法是调整被撞船吃水和被撞船角度，待水面完全处于静止漂浮状态，拖车在初试位置，重新换另一新的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船冰水池碰撞实验装置，其特征在于：包括水箱，水箱内设置有船模和冰体，所述冰体与拉杆固定连接，拉杆固定安装在滑轮的连杆上，滑轮位于导轨内，导轨与连接板连接，连接板与拖带装置固定连接，滑轮通过连接装置固定在导轨上，在船模端部安装有应变片，应变片依次与电荷放大器、多通道信息采集仪和计算机连接；拖带装置运动，带动滑轮和导轨运动，从而带动拉杆运动，冰体撞向船模，应变片采集碰撞数据。

【技术特征摘要】
1.一种船冰水池碰撞实验装置，其特征在于：包括水箱，水箱内设置有船模和冰体，所述冰体与拉杆固定连接，拉杆固定安装在滑轮的连杆上，滑轮位于导轨内，导轨与连接板连接，连接板与拖带装置固定连接，滑轮通过连接装置固定在导轨上，在船模端部安装有应变片，应变片依次与电荷放大器、多通道信息采集仪和计算机连接；拖带装置运动，带动滑轮和导轨运动，从而带动拉杆运动，冰体撞向船模，应变片采集碰撞数据。2.根据权利要求1所述的船冰水池碰撞实验装置，其特征在于：所述导轨为方形空心钢管，滑轮沿钢管滑动。3.根据权利要求1所述的船冰水池碰撞实验装置，其特征在于：所述连接装置为细绳。4.根据权利要求3所述的船冰水池碰撞实验装置，其特征在于：所述细绳为尼龙绳，动态载荷小于10kgf。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，王甫超，陈可鑫，刘海冬，王凯民，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32