一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法技术

本发明专利技术涉及一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，主要通过制作与实船各段重量分布一致、几何相似和运动相似的模型，对模型进行分段处理和安置测量梁框架，通过测量梁框架上应变片的载荷收集和分析计算，精确得到船体运动状态参数和所受主要载荷。本发明专利技术可用以测量小水线面双体船模型在波浪中的6自由度的运动及加速度的数据，和垂向波浪弯矩和剪力、中纵剖面垂向剪力、横向对开力和横向波浪弯矩、水平扭矩和总体不同步纵摇扭矩等7种关键的波浪载荷值，对掌握该型船的波浪载荷特性以及确定合理的结构设计载荷具有十分重要的意义。

Design and Test Method of Wave Load Test Model for Small Waterline Double Hulls

The present invention relates to the design and test method of a wave load test model for a small waterline double hull. The model is processed in segments and the measuring beam frame is installed by making a model which is consistent with the weight distribution, geometrical similarity and motion of each section of a real ship. By collecting and calculating the loads of strain gauges on the measuring beam frame, the motion parameters and the loads on the hull are accurately obtained. Main load. The present invention can be used to measure the 6-DOF motion and acceleration data of the SWATH model in waves, and seven key wave loads such as vertical wave bending moment and shear force, vertical shear force of mid-longitudinal section, transverse opening force and transverse wave bending moment, horizontal torque and overall asynchronous pitching torque, etc., to master the wave load characteristics of the SWATH model and to determine a reasonable conclusion. The structural design load is of great significance.

【技术实现步骤摘要】
一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法
本专利技术涉及船舶结构设计领域，具体涉及一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法。
技术介绍
波浪载荷是船舶结构设计中要考虑的最重要的载荷，波浪载荷的正确选取是优化船舶结构设计，合理评估船舶强度的重要基础。准确评估、采用合理的设计载荷是结构设计的基本要素。小水线面双体船外型与单体船有很大的不同，是由主船体、支柱、潜体和连接桥组成的П型。它独特的几何形状也决定了它的结构载荷特点与单体船不同。小水线面双体船波浪外载荷包括垂向波浪弯矩和剪力、横向对开力和横向波浪弯矩、水平扭矩和总体不同步纵摇扭矩等。该船型的船体结构形式、波浪水动力响应及船舶受力状态均较单体船和常规双体船复杂。小水线面双体船是典型的短宽船型，双片体、双甲板，具有足够的纵向强度和刚度，因而纵向波浪载荷不构成小水线面双体船结构强度的主要矛盾。但是小水线面双体船具有较大的侧向接触面积和特殊的横剖面几何形状，其横向波浪的诱导载荷(横向弯矩和垂向剪切力)以及船舶航行于斜浪状态所遭遇的扭转力矩可能达到相当的量级。设计载荷预报的准确性会直接决定结构强度的设计，并影响船型的主要性能指标。目前除了依靠现有的准则规范之外，模型试验是获取准确的船体波浪载荷的有效手段之一。通过模型试验可以掌握载荷规律和特性，对理论计算和规范计算结果的验证，为船体结构强度的计算和设计提供依据。虽然国内外有很多学者对双体船开展了试验方面的研究，但模型试验以及实船试验结果在某些方面他们之间还存在很大的差距，这说明双体船运动及波浪载荷响应模型试验的方案还需要进一步改善。如何合理地设计试验模型，并通过模型检测出船体所受载荷强度参数是关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，解决以上技术问题；本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，包括以下步骤：步骤一：制作与实船比例为λ的小水面线双船体自航模型；步骤二：对制作好的船体模型进行分段，沿连接桥长度方向，船体的中纵剖面纵向切开；沿连接桥宽度方向，船体中部、首部和尾部切开；步骤三：铺设钢架，将A、B纵梁、C、D横梁四根测量梁分别沿船体的长度方向和宽度方向布置，拼接成一个“井”形框架并固定在船体模型上；步骤四：A纵梁与横切面的交点为a、b、c三点，B纵梁与横切面的交点为d、e、f三点，C横梁与中纵剖面交点为g点，D横梁与中纵剖面交点为h点，A纵梁、B纵梁、C横梁和D横梁的a点、b点、c点、d点、e点、f点、g点、h点处均贴有应变片；步骤五：将船体模型放置在试验环境中进行试验，并收集各应变片受到的应力数据。进一步地，步骤一中小水面线双船体自航模型由玻璃钢材料制成。进一步地，步骤一中小水面线双船体自航模型与实船应满足各段重量分布一致、几何相似、傅氏数、斯特洛哈尔数相同。进一步地，步骤四中沿横梁管壁的圆周面上均匀分布4个应变片，分别为第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片，第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片用于收集横梁处载荷信息。进一步地，步骤五中船体模型受到的对开力与横垂弯矩测试过程如下：横垂弯矩、轴向力通过横梁上下的两个沿着管长方向的应变片各自组成1/4桥并组合来测量；其中，ε为应变，M为弯矩，Wz为弯曲截面系数，E为材料的杨氏模量；由于上式的正比关系，Δε为应变变化量，ΔM为弯矩变化量；S为梁的截面积，ε1、ε2为上下两个片通过1/4桥分别测得的应变信号；E为标定得到的梁的杨氏模量，Fy1为横梁的轴向力；Wz为弯曲截面系数，ε1、ε2为上下两个片通过1/4桥分别测得的应变信号；E为标定得到的梁的杨氏模量；Mx1为横垂弯矩；模型横向对开力：Fy＝Fy1+Fy2模型横垂弯矩：Mx＝Mx1+Mx2其中，Fy2是另一根横梁的轴向力，具有与Fy1相同的计算方法；Mx2是另一根横梁的横垂弯矩，具有与Mx1相同的计算方法。进一步地，步骤五中船体模型受到的横垂剪力测试过程如下：横垂剪力由附图3的A、B、D、E四个应变片组成全桥测量，测量前通过砝码进行标定，Fz1、Fz2与船体坐标系z方向统一，模型横垂剪力为：Fz＝Fz1+Fz2Fz为横垂剪力，Fz1、Fz2为横垂剪力的两个分力。进一步地，步骤五中船体模型受到的艏艉分离力矩测试过程如下：水平横梁弯矩Mz1、Mz2通过附图3的C和F两个应变片组成半桥测量，测量前通过砝码进行标定，方向与船体坐标系z方向统一；艏艉分离力矩Mz由Fy1、Fy2、Mz1、Mz2来合成：Mz＝(Fy2-Fy1)*L/2+Mz1+Mz2Mz为艏艉分离力矩，Fy1、Fy2为一组横向对开力，Mz1、Mz2为一组水平横梁弯矩，L为两根横向梁C、D之间的距离。进一步地，步骤五中船体模型受到的不同步纵摇扭矩测试过程如下：水平横梁扭矩Mt1、Mt2通过附图3的G、H、J、K应变片组成全桥测量，测量前通过砝码进行标定，方向与船体坐标系y方向统一；不同步纵摇扭矩Mp由Fz1、Fz2、Mt1、Mt2来合成：Mp＝(Fz2-Fz1)*L/2+Mt1+Mt2Mp为不同步纵摇扭矩，Fz1、Fz2为一组横垂剪力，Mt1、Mt2为一组水平横梁扭矩，L为两根横梁C、D之间的距离。有益效果：由于采用以上技术方案，本专利技术可用以测量小水线面双体船模型在波浪中的6自由度的运动及加速度的数据，和艏、艉垂向加速度，以及垂向波浪弯矩和剪力、中纵剖面垂向剪力、横向对开力和横向波浪弯矩、水平扭矩和总体不同步纵摇扭矩等7种关键的波浪载荷值，对掌握该型船的波浪载荷特性以及确定合理的结构设计载荷具有十分重要的意义。本专利技术所述的小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法可以设计出于实船外部形状与内部结构相似的模型，保证在测试过程中数据的有效性。附图说明图1为本专利技术所述的小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法中船体模型的测量梁布置以及分段结构示意图。图2为本专利技术所述的小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法中船体模型的横向剖面示意图。图3为本专利技术所述的小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法中横梁上应变片的布置形式。附图标记：1、A横梁；2、B横梁；3、C横梁；4、D横梁；5、长度方向切线；6、第一宽度方向切线；7、第二宽度方向切线；8、第三宽度方向切线；9、a点；10、b点；11、c点；12、d点；13、e点；14、f点；15、g点；16、h点；17、第一应变片；18、第二应变片；19、第三应变片；20、第四应变片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。根据附图1-3所示，示出了一种较佳实施例，一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，包括以下步骤：步骤一：制作与实船比例为λ的小水面线双船体自航模型；步骤二：对制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：制作与实船比例为λ的小水面线双船体自航模型；步骤二：对制作好的船体模型进行分段，沿连接桥长度方向，船体的中纵剖面纵向切开；沿连接桥宽度方向，船体中部、首部和尾部切开；步骤三：铺设钢架，将A纵梁、B纵梁、C横梁和D横梁四根测量梁分别沿船体的长度方向和宽度方向布置，拼接成一个“井”形框架并固定在船体模型上。步骤四：所述A纵梁与横剖面的交点为a点、b点、c点三点，所述B纵梁与横剖面的交点为d点、e点、f点三点，所述C横梁与中纵剖面交点为g点，所述D横梁与中纵剖面交点为h点，所述A纵梁、所述B纵梁、所述C横梁和所述D横梁的a点、b点、c点、d点、e点、f点、g点、h点处均贴有应变片；步骤五：将所述船体模型放置在试验环境中进行试验，并收集各应变片受到的应力数据。

【技术特征摘要】
1.一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：制作与实船比例为λ的小水面线双船体自航模型；步骤二：对制作好的船体模型进行分段，沿连接桥长度方向，船体的中纵剖面纵向切开；沿连接桥宽度方向，船体中部、首部和尾部切开；步骤三：铺设钢架，将A纵梁、B纵梁、C横梁和D横梁四根测量梁分别沿船体的长度方向和宽度方向布置，拼接成一个“井”形框架并固定在船体模型上。步骤四：所述A纵梁与横剖面的交点为a点、b点、c点三点，所述B纵梁与横剖面的交点为d点、e点、f点三点，所述C横梁与中纵剖面交点为g点，所述D横梁与中纵剖面交点为h点，所述A纵梁、所述B纵梁、所述C横梁和所述D横梁的a点、b点、c点、d点、e点、f点、g点、h点处均贴有应变片；步骤五：将所述船体模型放置在试验环境中进行试验，并收集各应变片受到的应力数据。2.根据权利要求1所述的一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，其特征在于：步骤一中所述小水面线双船体自航模型由玻璃钢材料制成。3.根据权利要求1所述的一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，其特征在于：步骤一所述中小水面线双船体自航模型的设计及航行状态应满足与实船重量分布一致、几何相似、运动相似，应满足如下相似公式：傅氏数斯特洛哈尔数这里：下标s表示实船参数，m表示模型参数；V――为航速；L――船舶长度；g――重力加速度；t――时间。4.根据权利要求1所述的一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，其特征在于：步骤四中沿测量梁管壁的圆周面上均匀分布4个所述应变片，分别为第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片，所述第一应变片、所述第二应变片、所述第三应变片和所述第四应变片用于收集横梁处载荷信息。5.根据权利要求1所述的一种小水线面双船体波浪载荷试验模型设计及测试方法，其特征在于：步骤五中所述船体模型受到的对开力与横垂弯矩测试过程如下：所述横垂弯矩、轴向力通过横梁上下的两个沿着管长方向的所述应变片各自组成1/4桥并组合来测量；其中，ε为应变，M为弯矩，Wz为弯曲截面系数，E为材料的杨...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴帆行，王慧彩，王显正，刘见华，魏刚，
申请(专利权)人：中国船舶工业集团公司第七零八研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31