一种三自由度分解系泊结构测量实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量实验设备技术领域，更具体地，涉及一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，该装置包括装置框架、Z方向测量系统、Y方向测量系统和X方向转动测量系统，将水流方向设为y轴，垂直于水面方向向上设为z轴，x轴与y轴、z轴垂直，x轴、y轴和z轴构成右手坐标系。在波浪作用下，所述装置框架和待测量物体沿z轴做上下运动，待测量物体沿y轴做前后运动，沿x轴做旋转运动。该装置设计合理、结构简单、能够有效测量待测量物体的三自由度运动和动力响应。

An experimental device for measuring 3-DOF decomposed mooring structure

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度分解系泊结构测量实验装置
本专利技术涉及测量实验设备
，更具体地，涉及一种三自由度分解系泊结构测量实验装置。
技术介绍
船舶或海上结构物如浮筒、网箱、浮式防波堤等的运动主要有六种形式：横摇、纵摇、艏摇、垂荡、横荡、纵荡。其中横摇最容易发生，结构物的影响最大。极端情况下甚至会造成结构的破坏。目前的模型试验设备大部分是通过一些机械结构来模拟结构物的晃荡状态，与真实状态下的波浪有一些差异，因此，需要设计一套在处于真实波浪状态下的适用多自由度的测量系统解决实际问题，并从实验中研究产生运动耦合的机理。船舶或海上结构物需要面临海上复杂的工作环境，对海上结构物的设计过程中，需要通过模型系泊实验对结构物的运动及动力响应进行分析。在试验水槽中单向波浪的实验条件下，模型主要有三个自由度的运动：纵荡、垂荡和纵摇。目前，模型系泊实验大部分是通过初步估算确定系泊条件，实验成本较大。因此，需要设计一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，用于测量模型在实验条件下的受力情况和运动响应，为模型系泊条件分析提供参考。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，该装置设计合理、结构简单、能够有效分解测量出纵向、垂向的位移、受力以及绕横轴的角位移、扭矩，系泊结构的系泊力，满足浮式结构物的模型系泊实验三自由度测量要求。本专利技术采取的技术方案是：一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，用于测量待测量物体的受力情况和运动响应；包括装置框架、Z方向测量系统、Y方向测量系统和X方向转动测量系统，将水流方向设为y轴，垂直于水面方向向上设为z轴，x轴与y轴、z轴垂直，x轴、y轴和z轴构成右手坐标系。在波浪作用下，所述装置框架和待测量物体沿z轴做上下运动，待测量物体沿y轴做前后运动，沿x轴做旋转运动。本专利技术的实验装置可在水池中进行模拟测量。其中，水池模拟大海，装置框架设在水池中，待测量物体模拟真实船体，通过装置框架限制待测量物体运动，将待测量物体的运动合理地分解成纵荡、垂荡和纵摇，通过安装测量装置，测量模型在实验条件下的受力情况和运动响应，为模型系泊条件分析提供参考。其中，装置框架由多根横杆、竖杆围设形成；进一步地，装置框架围设形成多边体的结构。进一步地，所述装置框架向上延伸上方设有第一直杆，所述Z方向测量系统包括竖直滑块、固定导轨和传感器装置，所述第一直杆与所述竖直滑块的下端连接，所述传感器装置与所述竖直滑块的上端连接，所述竖直滑块在固定导轨内滑动，所述装置框架在水波的影响下带动待测量物体沿z轴做上下运动。进一步地，所述固定导轨包括四条竖直子导轨和固定座，所述固定座与所述四条竖直子导轨上端连接，其中四条竖直子导轨架设平行于z轴方向，使竖直滑块在四条竖直子导轨上沿z轴方向运动，四条竖直子导轨下末端设有限制挡板，所述限制挡板用于固定竖直滑块与竖直子导轨，避免竖直滑块与竖直子导轨分离。进一步地，所述传感器装置包括位移传感器，用于测量待测量物体与装置框架沿z轴的运动响应，或所述传感器包括拉压力传感装置，拉压力传感装置包括弹簧和拉压力传感器，所述弹簧分别连接竖直滑块和固定导轨，通过测量弹簧的动力响应，得到待测量物体的动力响应。其中，对于已确定系泊条件的模型，可以通过位移传感器测量运动响应作进一步分析。所述位移传感器用于测量待测量物体与装置框架沿z轴的运动响应。本技术方案中，作为另一种实施方式，对于未确定系泊条件的模型，可以通过弹簧与拉压力传感器同时测量出受力和该约束条件下的运动响应。本技术方案中，装置框架受波浪影响，所受力通过第一直杆传到竖直滑块中，竖直滑块在竖直子导轨中上下滑动，竖直滑块中的拉压力传感器装置测量其动力响应。拉压力传感装置包括弹簧和拉压力传感器，弹簧分别连接竖直滑块与固定导轨。固定座在竖直子导轨的上方固定，限制装置框架，使装置框架只能在z轴方向上做运动。其中，弹簧分别连接竖直滑块与固定导轨上的固定座，弹簧所受拉压力方向沿竖直轨道，即沿Z方向，此时拉压力传感装置测量的是待测量物体在弹簧约束条件下的Z方向系泊动力响应。由于弹簧在力与位移间有良好的线性关系，能得到该约束条件下的运动响应。在得到弹簧的动力响应后，可根据弹簧与待测量物体的受力和运动关系，进而分析得到待测量物体的动力响应规律。进一步地，所述装置框架向下延伸方设有第二直杆，所述Y方向测量系统包括连接座、水平导轨和水平滑块，所述连接座套设在第二直杆上，所述连接座与所述水平导轨两端分别与所述连接座连接，所述水平导轨与所述水平滑块架设在所述水平导轨上连接，所述水平导轨沿y轴架设在所述第二直杆上，待测量物体通过连接轴与水平滑块连接，待测量物体与水平滑块一起沿y轴做前后运动。由于装置框架只能在z轴方向上做运动，水平导轨的设置可以使待测量物体做y轴方向上的运动。进一步地，连接座上安装有位移传感器，用于测量待测量物体与水平滑块沿y轴的运动响应，或安装有拉压力传感装置。本技术方案中，对于已确定系泊条件的模型，可以通过位移传感器测量待测量物体与装置框架沿y轴的运动响应。对于未确定系泊条件的模型，可以通过拉压力传感装置同时测量出受力和该约束条件下的运动响应。连接座本身也是系泊机构，可用于安装系泊绳缆。进一步地，所述拉压力传感装置包括弹簧和拉压力传感器，所述弹簧分别连接水平滑块和连接座，其中，弹簧所受拉压力方向沿水平轨道，即沿Y方向，此时拉压力传感装置测量的是待测量物体在弹簧约束条件下的Y方向系泊动力响应。由于弹簧在力与位移间有良好的线性关系，能得到该约束条件下的运动响应。在得到弹簧的动力响应后，可根据弹簧与待测量物体的受力和运动关系，进而分析得到待测量物体的动力响应规律。进一步地，所述连接轴与水平滑块设在X方向转动测量系统上，连接轴一端与水平滑块连接，另一端与待测量物体连接，在波浪作用下，待测量物体与连接轴、水平滑块一起沿x轴旋转；所述水平滑块上下两端各连接一轮轴，轮轴的两端各连接一轴承组成滑轮，滑轮与水平导轨连接。进一步地，所述连接轴沿x轴方向穿过待测量物体稳心，连接轴与待测量物体一起转动，连接轴上装有旋转传感器，用于测量待测量物体绕x轴的旋转运动响应。进一步地，所述水平滑块包括外圈和内圈，水平滑块的内圈与连接轴相连，和连接轴、待测量物体一起做绕x轴方向的旋转运动，所述水平导轨包括四条水平子导轨，每两个滑轮分别设在水平滑块的外圈的上下两端，水平滑块与连接轴、待测量物体沿y轴做前后运动。进一步地，所述第二直杆底部配备相对装置框架可移动的系泊机构，用于安装系泊绳缆和系泊力测量。优选的，可将系泊点置于水平测量系统连接座上，系泊力的大小可通过竖直测量系统、水平测量系统部分地反映出来。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：通过设置三套子系统，分别实现对模型纵荡、垂荡和纵摇的测量，滑块与导轨的巧妙配合，使待测量物体和装置框架能沿相应轨道自由运动。对于未确定系泊条件的模型，可以通过拉压力传感装置同时测量出受力和该约束条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，用于测量待测量物体的受力情况和运动响应；其特征在于，包括装置框架(1)、Z方向测量系统(2)、Y方向测量系统(3)和X方向转动测量系统(4)，将水流方向设为y轴，垂直于水面方向向上设为z轴，x轴与y轴、z轴垂直，x轴、y轴和z轴构成右手坐标系；在波浪作用下，所述装置框架(1)和待测量物体(20)沿z轴做上下运动，待测量物体(20)沿y轴做前后运动，沿x轴做旋转运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，用于测量待测量物体的受力情况和运动响应；其特征在于，包括装置框架(1)、Z方向测量系统(2)、Y方向测量系统(3)和X方向转动测量系统(4)，将水流方向设为y轴，垂直于水面方向向上设为z轴，x轴与y轴、z轴垂直，x轴、y轴和z轴构成右手坐标系；在波浪作用下，所述装置框架(1)和待测量物体(20)沿z轴做上下运动，待测量物体(20)沿y轴做前后运动，沿x轴做旋转运动。


2.根据权利要求1所述的一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，其特征在于，所述装置框架(1)向上延伸设有第一直杆(8)，所述Z方向测量系统(2)包括竖直滑块(6)、固定导轨(5)和传感器装置，所述第一直杆(8)与所述竖直滑块(6)的下端连接，所述传感器装置与所述竖直滑块(6)的上端连接，所述竖直滑块(6)在固定导轨(5)内滑动，所述装置框架(1)在水波的影响下带动待测量物体(20)沿z轴做上下运动。


3.根据权利要求2所述的一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，其特征在于，所述固定导轨(5)包括四条竖直子导轨(9)和固定座(10)，所述固定座(10)与所述四条竖直子导轨(9)上端连接，其中四条竖直子导轨(9)架设平行于z轴方向，使竖直滑块(6)在四条竖直子导轨(9)上沿z轴方向运动，四条竖直子导轨(9)下端设有限制挡板(11)，所述限制挡板(11)用于固定竖直滑块(6)与竖直子导轨(9)，避免竖直滑块(6)与竖直子导轨(9)分离。


4.根据权利要求2所述的一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，其特征在于，所述传感器装置包括位移传感器(22)，用于测量待测量物体(20)与装置框架(1)沿z轴的运动响应，或所述传感器包括拉压力传感装置(7)，拉压力传感装置包括弹簧和拉压力传感器，所述弹簧分别连接竖直滑块(6)和固定导轨(5)，用于测量待测量物体(20)的动力响应。


5.根据权利要求1～4任一项所述的一种三自由度分解系泊结构测量实验装置，其特征在于，所述装置框架(1)向下延伸设有第二直杆(15)，所述Y方向测量系统(3)包括连接座(12)、水平导轨(13)和水平滑块(14)，所述连接座(12)套设在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文清，李熠华，詹杰民，范庆，苏炜，汪林飞，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44