一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于舰船复合材料上层建筑结构的强度和刚度试验技术领域，具体涉及一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法。本发明专利技术可靠、经济、易操作、精度高，自动化程度高，解决了舰船实尺度复合材料上层建筑在风力作用下刚度实验无法直接模拟出风压载荷压力与拉力共存且压力梯度较大的特性，能够对呈梯度分布的风载载荷提供更精确的模拟，且模拟精度能够提升一个量级，更完成对所有结构表面进行多点协调加载的难题。

A test device and method for real scale composite superstructure of warship

【技术实现步骤摘要】
一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法
本专利技术属于舰船复合材料上层建筑结构的强度和刚度试验
，具体涉及一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法。
技术介绍
由于隐身性能的需要，现代舰艇逐渐开始尝试采用复合材料上层建筑，上层建筑采用透波性好的复合材料制造，但其刚度较低，容易因失稳而破坏，因此在结构设计时必须使其具有足够的刚度和强度。目前一般采用数值计算的方法进行上层建筑的结构设计分析，但由于复合材料结构力学性能复杂，如果没有实尺度结构的验证性实验很难保证所设计结构满足设计要求，因此，实尺度复合材料上层建筑结构的强度和刚度试验十分必要。上层建筑的主要承受的载荷形式为风载荷，我国目前主要采取风洞试验进行风载荷的模拟，但风洞试验耗费巨大，经济效益极差，而且，由于舰船实尺度上层建筑结构的模型较大，在我国现有条件下，很难开展如此尺寸的风洞模型试验。此外，风作用于舰船上层建筑时，在不同的位置产生面压力和面拉力，分布较复杂。现有的加载系统大部分将风载简化为多段的线性载荷，分别对结构的不同位置施加载荷，最后采用线性叠加原理得到最终的结构响应。这种加载方式对实际的风压载荷进行了多次简化，必然会带来较大的误差，所以需要寻求一种能够能够满足风压载荷压力与拉力共存且压力梯度较大的加载方式，且能够对所有结构表面进行多点协调加载的实验方法。与本专利技术申请有关的公开文件有：1、拉压垫—杠杆加载装置(CN206132371U申请号/专利号：201621073894.8分类号：G01M13/00(2006.01)I申请人/专利权人：江西洪都航空工业集团有限责任公司)；2、复合材料上层建筑力学性能分析与典型模型试验验证方法研究(李永宽，哈尔滨工程大学船舶工程学院2018年硕士学位论文)。文献1提出了一种用于疲劳试验的，将集中载荷转化为面载荷的加载装置，文献2将文献1中的加载方式进行了一定的优化并应用于实尺度复合材料上层建筑实验中。在文献2中所提到的加载装置的主要功能为将传动筒所提供的集中载荷转化为均布的面载荷，并且通过拉压力垫的结构设计实现灵活控制载荷方向(拉力或压力)的作用。此装置的不足之处在于仅仅做到了将载荷均匀的分布在每个压载垫上，使得在一个传动筒所配套的压载垫组合上，所有的压载垫仅能提供相同的均布载荷，无法完成对某些压力梯度较大的载荷形式的准确模拟，在实际使用上不够灵活，往往需要牺牲一部分实验精度来对其让步。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够满足压力与拉力共存且压力梯度较大的风压载荷情况，完成对所有结构表面进行多点协调加载的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁。本专利技术还可以包括：所述的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。所述的主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板。本专利技术的目的还在于提供一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：步骤1：构建舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置；所述的舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁；步骤2：将实尺度复合材料上层建筑模型安装于主甲板模拟平台上的反力支架内部，实尺度复合材料上层建筑模型底部插入主甲板模拟平台的凹型固定槽中；步骤3：通过调节反力支架底部固定杆在反力支架上的连接位置，调整反力支架的外形，使反力支架的各面均与实尺度复合材料上层建筑模型外表面平行；步骤4：对实尺度复合材料上层建筑模型做数值模拟分析，标示出结构可能存在的危险位置，在该位置处安装铁制贴片和应力传感器；根据安全因素的考虑，设置结构应力安全阈值；所有应力传感器的数据实时收集到压力监控系统中；步骤5：在反力支架上布置杠杆式双向加载装置，使实尺度复合材料上层建筑模型上每一个安装有铁制贴片和应力传感器的位置均对应有一根传力杆，所有的作动筒由液压控制系统进行控制；步骤6：开始测试，杠杆式双向加载装置施加拉力载荷，电磁铁通电，将传力杆吸附在实尺度复合材料上层建筑模型表面的铁制贴片上；步骤7：当压力监控系统采集到的压力数据与预期目标不符时，系统将通过应力传感器对加载垫块的实时压力数据进行分析，查明故障原因；若故障原因为作动筒加压数值错误，则压力监控系统通过计算，直接向液压控制系统发出任务，对该作动筒的压力输出进行修改；若故障原因为分配杆布置不当，则压力监控系统卸载该作动筒的压力加载，并提示报错；若检测部位的应力值超过安全阈值时，压力监控系统卸载全部作动筒的压力加载。本专利技术还可以包括：所述的步骤1中舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。所述的步骤1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁。/n

【技术特征摘要】
1.一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁。


2.根据权利要求1所述的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：所述的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。


3.根据权利要求1或2所述的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：所述的主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板。


4.一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置；
所述的舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨娜娜，姚熊亮，陈志鹏，王志凯，郭凯，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23