一种船舶系泊缆绳的模型试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于系泊技术领域，一种船舶系泊缆绳的模型试验装置，包括细钢丝绳、万向滑轮导缆装置、串联弹簧组、张力传感器和螺丝杆张紧器；细钢丝绳的用于模拟船舶缆绳，万向滑轮导缆装置用于在船舶缆绳角度发生变化时准确地将张力传递到串联弹簧组和张力传感器；串联弹簧组通过多段线逼近的方式模拟船舶缆绳的非线性弹性曲线；张力传感器用于测量船舶缆绳的张力；螺丝杆张紧器用于精确调整缆绳预张力；该装置可以实现系泊船舶物理模型试验中缆绳弹性的模拟，同时能够测量缆绳张力和施加预张力。通过试验结果可以对系泊船舶在风、浪、流等因素作用下的系缆力进行分析，为码头结构设计、营运管理和安全风险评估提供必要的依据。

A model test device for mooring lines of ships

【技术实现步骤摘要】
一种船舶系泊缆绳的模型试验装置
本技术属于系泊
，涉及一种船舶系泊缆绳的模型试验装置。
技术介绍
船舶停靠在码头时需要用缆绳系住，缆绳与护舷一起构成船舶的弹性约束体系，对船舶进行泊稳固定，系缆是船舶靠泊操作中的关键环节。船舶在码头停泊期间，由于波浪、流和风荷载的作用，以及潮汐水位和货物装卸等影响，系泊船舶会产生包括位移和晃荡的运动响应。其中波浪是主要的控制因素，当波浪较大时，系泊船舶会产生较大幅值的运动，可能会影响装卸作业，延长船舶停泊时间。若运动幅值过大，甚至会发生断缆事故，造成船体漂移失控，危及装卸设施、船舶自身和码头结构的安全，造成巨大的经济损失。船舶系缆安全一直是港口设计和营运过程中关心的重要问题。特别是目前国内外港口建设持续保持大型化、深水化的发展趋势，开敞式码头逐年增多。与有防波堤掩护的港内码头相比，开敞式码头停泊区域的波浪、海流条件更加恶劣，对码头系泊船舶的泊稳条件提出了更大的挑战。系靠泊是船舶在外部环境荷载和弹性约束体系作用下的流固耦合问题，涉及运动船舶与缆绳、护舷和码头结构的相互作用。目前对于大型船舶的系靠泊仍没有完善的理论分析和计算方法，现行规范中规定对大型码头设计，必须依赖物理模型试验确定系缆力、撞击力等重要的工程设计参量。如何真实地模拟缆绳弹性，准确测量缆绳张力，是物理模型试验中的关键问题。在以往试验中，一般采用弹簧钢片模拟缆绳弹性，这种方法比较方便率定缆绳刚度，但是由于弹簧钢片是线弹性材料，无法模拟缆绳的非线性特性，只能近似模拟弹性曲线上刚度较大的局部段。更重要的是，实验过程中弹簧钢片的弯曲变形使系船柱位置和缆绳角度发生变化，对系统引入了外部误差。并且由于弹簧钢片长度较大，还必须与缆绳垂直，在码头模型平台上难以布置安装，特别是模拟长度很大的缆绳如艏艉缆时安装更加困难。另外，测量缆绳张力的张力传感器具有自重，还需连接数据线，若直接安装在缆绳上，会改变缆绳配重，引入外部约束荷载。最后，还需要考虑如何在不引入误差的情况下方便、精确地调节缆绳预张力。因此，比较理想的模拟方法就是固定缆绳两端的系着点位置，将缆绳张力准确地传递到码头模型平台，并将弹性模拟和测量装置等布置在模型平台。
技术实现思路
针对现有试验技术中存在的问题，本技术的目的是提供一种在船舶系泊物理模型试验中模拟缆绳的试验装置，实现对船舶缆绳的弹性模拟、张力测量和预张力设置，以开展船舶系泊动力响应特性的试验研究。本技术采取的技术方案：一种船舶系泊缆绳的模型试验装置，包括细钢丝绳2、万向滑轮导缆装置1、串联弹簧组3、张力传感器4和螺丝杆张紧器5；细钢丝绳2的用于模拟船舶缆绳，万向滑轮导缆装置1用于在船舶缆绳角度发生变化时准确地将张力传递到串联弹簧组3和张力传感器4；串联弹簧组3通过多段线逼近的方式模拟船舶缆绳的非线性弹性曲线，事先按照船舶缆绳弹性曲线进行率定；张力传感器4用于测量船舶缆绳的张力；螺丝杆张紧器5用于精确调整缆绳预张力；所述的万向滑轮导缆装置1分为滑轮导缆框架7和轴承底座10两个部分；下端的轴承底座10主体为锌合金，滚珠轴承为轴承钢；上端的滑轮导缆框架7为不锈钢件，其底部与轴承底座10连接，能水平360度自由转动；三个V型轴承滑轮为轴承钢，安装在滑轮导缆框架7内；单个垂直轴承滑轮8面向船舶模型一侧，当船舶横摇改变船舶缆绳垂向角度时，由于垂直轴承滑轮8作用万向滑轮导缆装置1不会产生明显摩擦力；两个水平轴承滑轮9面向码头模型一侧，当船舶缆绳从不同出缆孔带缆以及因船舶纵移改变船舶缆绳水平角度时，由于水平轴承滑轮作用万向滑轮导缆装置1不会产生明显摩擦力；因此，利用万向滑轮导缆装置1，使船舶缆绳的垂直和水平角度任意变化时，万向滑轮导缆装置1对船舶缆绳的摩擦力非常小，船舶缆绳通过万向滑轮导缆装置1后张力不会发生明显变化，满足准确测量船舶缆绳张力的需求；所述的细钢丝绳2从单个垂直轴承滑轮8的下侧穿入万向滑轮导缆装置1内部，从两个水平轴承滑轮9中间穿出，通过铝扣夹紧连接在串联弹簧组3的一端；细钢丝绳2用来模拟船舶缆绳，与串联弹簧组3相比其抗拉刚度非常大，在同样张力作用下伸长极小，因此在试验中忽略其受拉伸长变形，细钢丝绳2的弹性完全由串联弹簧组3模拟；所述的串联弹簧组3为多个不锈钢弹簧串联组成，弹簧具有不同规格，即线径、外径和长度不同，用于模拟船舶缆绳的非线性弹性力学性能；串联弹簧组3一端连接细钢丝绳2，另一端连接张力传感器4；对每一根细钢丝绳2都需要率定串联弹簧组3；利用威尔森公式，根据实际细钢丝绳2的受力变形曲线换算船舶缆绳的受力变形曲线，然后采用多段线法近似模拟船舶缆绳受力变形曲线，计算得出每个直线段的抗拉刚度和最大伸长；每个直线段用一个弹簧模拟，根据抗拉刚度匹配合适的弹簧规格，然后将一根长度等于最大伸长的无弹性细绳穿过弹簧内部并系在弹簧两端；多个匹配好的弹簧串联连接在一起，即近似模拟缆绳非线性弹性；所述的张力传感器4为不锈钢微型传感器，重量小于0.1kg，不会因自身重力对缆绳张力产生明显影响；张力传感器4的一端连接串联弹簧组3，另一端连接螺丝杆张紧器5；根据不同试验条件和比尺，匹配合适量程的张力传感器4；将张力传感器4连接信号放大器和数据采集仪，在电脑上记录张力传感器4采集到的缆绳张力数值；所述的螺丝杆张紧器5为不锈钢，拉环连接张力传感器4，螺丝杆通过螺帽固定在角钢挡板上，通过旋转螺帽精确调节整个系统张力的大小；所述的角钢挡板6为不锈钢，底部通过螺丝固定在试验码头平台模型上；角钢挡板6立面圆孔的中心高度与万向滑轮导缆装置1两个水平轴承滑轮9中心相同，使细钢丝绳2、串联弹簧组3、张力传感器4和螺丝杆张紧器5保持水平。所述的系泊缆绳模型试验装置为船舶系泊物理模型试验提供了一种模拟缆绳和测量缆绳张力的试验方式。所述的系泊缆绳模型试验装置可以模拟不同材料和不同规格缆绳的非线性弹性力学特性，可以精确测量在系泊运动响应条件下的缆绳张力，还可以准确设定缆绳预张力。所述万向滑轮导缆装置能够自动适应由于系泊船舶运动响应造成的缆绳角度和长度变化，最大程度减小缆绳摩擦力，准确地传递缆绳张力。轴承底座的轴心位置对应码头系船柱位置，使模型缆绳和原型缆绳的码头系缆位置完全相同并固定不变，能在试验中真实还原缆绳的受力作用点和方向。通过使用万向滑轮导缆装置可以将串联弹簧组、张力传感器和张紧器这些附属配件布置在试验码头平台模型上，能够在不影响缆绳的张力、重力和约束条件的情况下模拟缆绳弹性、测量缆绳张力和施加预张力，也便于试验人员操作。本技术的有益效果：该装置可以实现系泊船舶物理模型试验中缆绳弹性的模拟，同时能够测量缆绳张力和施加预张力。通过试验结果可以对系泊船舶在风、浪、流等因素作用下的系缆力进行分析，为码头结构设计、营运管理和安全风险评估提供必要的依据。附图说明图1是本技术系泊缆绳模型试验装置的侧视图；图2是本技术系泊缆绳模型试验装置的正视图；图3是本技术中万向滑轮导缆装置的侧视图；...

【技术保护点】
1.一种船舶系泊缆绳的模型试验装置，其特征在于，该模型试验装置包括细钢丝绳(2)、万向滑轮导缆装置(1)、串联弹簧组(3)、张力传感器(4)和螺丝杆张紧器(5)；/n所述的万向滑轮导缆装置(1)分为滑轮导缆框架(7)和轴承底座(10)两个部分；上端的滑轮导缆框架(7)与下端的轴承底座(10)连接，滑轮导缆框架(7)能水平360度自由转动；三个V型轴承滑轮安装在滑轮导缆框架(7)内；单个垂直轴承滑轮(8)面向船舶模型一侧；两个水平轴承滑轮(9)面向码头模型一侧；/n所述的细钢丝绳(2)从单个垂直轴承滑轮(8)的下侧穿入万向滑轮导缆装置(1)内部，从两个水平轴承滑轮(9)中间穿出，连接在串联弹簧组(3)的一端；/n所述的串联弹簧组(3)为多个弹簧串联组成，弹簧具有不同规格，即线径、外径和长度不同，每个弹簧内部穿过一根无弹性细绳系住弹簧两端；串联弹簧组(3)一端连接细钢丝绳(2)，另一端连接张力传感器(4)；/n所述的张力传感器(4)的一端连接串联弹簧组(3)，另一端连接螺丝杆张紧器(5)；/n所述的螺丝杆张紧器(5)拉环一端连接张力传感器(4)，螺丝杆通过螺帽固定在角钢挡板上，螺帽可旋转调节螺丝杆固定位置；/n所述的角钢挡板(6)底部通过螺丝固定在试验码头平台模型上；角钢挡板(6)立面圆孔的中心高度与万向滑轮导缆装置(1)两个水平轴承滑轮(9)中心相同，使细钢丝绳(2)、串联弹簧组(3)、张力传感器(4)和螺丝杆张紧器(5)保持水平。/n...

【技术特征摘要】
1.一种船舶系泊缆绳的模型试验装置，其特征在于，该模型试验装置包括细钢丝绳(2)、万向滑轮导缆装置(1)、串联弹簧组(3)、张力传感器(4)和螺丝杆张紧器(5)；
所述的万向滑轮导缆装置(1)分为滑轮导缆框架(7)和轴承底座(10)两个部分；上端的滑轮导缆框架(7)与下端的轴承底座(10)连接，滑轮导缆框架(7)能水平360度自由转动；三个V型轴承滑轮安装在滑轮导缆框架(7)内；单个垂直轴承滑轮(8)面向船舶模型一侧；两个水平轴承滑轮(9)面向码头模型一侧；
所述的细钢丝绳(2)从单个垂直轴承滑轮(8)的下侧穿入万向滑轮导缆装置(1)内部，从两个水平轴承滑轮(9)中间穿出，连接在串联弹簧组(3)的一端；
所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，柳淑学，李金宣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21