一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置及方法，该装置包括一个大门架、两个小门架、加载装置、测量装置和两个支撑段箱型梁；两个小门架以大门架为中心对称布置，加载装置固定在大门架的第一横梁上，加载装置包括疲劳试验机和压头，测量装置包括应变片和百分表，两个支撑段箱型梁中间设置有实验段箱形梁，可以通过替换试验段箱型梁，进行不同规格的箱型梁结构试验，实现了试验的重复性。实现了试验的重复性。实现了试验的重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及船舶工程实验
，特别涉及一种船舶舱段箱型梁模型强度试验装置及方法。

技术介绍

[0002]船体结构在恶劣海况中遭受循环往复的波浪载荷作用，对于船体梁表现为交替的中垂中拱弯曲变形；从多例船舶由于极限承载能力不足，导致崩溃沉没的灾难性事故分析表明，船体梁很少在一次性的极大波浪载荷作用下断裂，而普遍的情况是在多次极端载荷反复作用下，造成船体梁的崩溃；箱型梁是一种常用的船舶中部平行中体舱段的简化结构，船体结构在多次极端载荷反复作用下发生崩溃的过程，可以通过箱型梁循环弯曲极限强度试验来模拟；因此，开展极端循环载荷下箱型梁结构极限强度试验具有重要意义。
[0003]现有箱型梁结构极限强度试验存在以下问题：试验过程中，箱型梁模型为一体式结构，中部结构发生崩溃后整个模型全部更换而无法重复利用，试验重复度低，试验成本高；试验加载过程中，箱型梁结构无法完全排除加载系统中作动头的剪力干扰，不能较好地模拟船舶中部舱段沿船长方向的弯曲特征；在考虑施加反向弯曲载荷时，需要将试验中断，对整个模型进行翻转，操作繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述存在的问题，提出一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置及方法，通过设计一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置能在施加循环拉压载荷下进行箱型梁极限强度试验，同时，使试验段结构承受纯弯矩作用，以排除剪力的干扰，并可以通过不改变支撑段尺寸和结构，进行不同规格的箱型梁结构试验。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所设计的一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置，该装置包括一个大门架、两个小门架、加载装置、测量装置和两个支撑段箱型梁；所述大门架包括两个第一立柱和一个第一横梁，所述第一横梁连接于两个第一立柱之间；所述小门架包括两个第二立柱和一个第二横梁，所述第二横梁连接于两个第二立柱之间；两个所述小门架相对于大门架对称布置，所述两个支撑段箱型梁沿水平方向设置且与第一横梁垂直，所述两个支撑段箱型梁的一端分别放置在所述两个大门架的第二横梁下方，所述两个支撑段箱型梁的另一端之间夹设有实验段箱型梁，所述第一横梁通过所述加载装置与所述两个支撑段箱形型梁连接；所述支撑段箱型梁顶部端面向外侧延伸，延伸面上均匀开设通孔，通过开设通孔，插入螺栓后与试验段箱型梁端部延伸面相连接固定，传递弯矩，也可以替换不同规格的箱梁结构进行实验，实现了实验的重复性；在更换试样时，只需对试验段箱型梁试样进行更换，节省试验成本和场地占用，同时方便了实验拆装，减少了因更换整个试验模型所带来的工作量，降低了试验人员的负担；
[0006]所述支撑段箱型梁远离实验型段箱型梁的下端面装有圆柱结构，所述圆柱结构下方设有底座，所述圆柱结构与底座铰接，远离所述实验型段箱型梁的上端面放有半圆柱结
构，所述半圆柱结构的弧面与所述第二横梁下端面接触；通过设置圆柱结构与半圆柱结构，实现船舶在水中自由无约束状态的模拟，能够为箱型梁循环拉压弯曲极限强度评估提供更加精准的依据。
[0007]可选的，所述加载装置包括疲劳试验机和压头，疲劳试验机的尾端部通过螺栓固定在所述第一横梁下端面，所述压头安装在所述疲劳试验机顶部；能连接所述压头的一端为疲劳试验机的顶部，另一端为尾部。
[0008]可选的，所述一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置还包括加载环，所述两个支撑段箱型梁上均套装有所述加载环，所述压头为长立方体结构，所述压头的两端分别与两个加载环固定连接，通过设置加载环，能在不破坏支撑段箱型梁结构的同时，实现力的传递，将加载装置产生循环拉压载荷传递到箱型梁上。
[0009]可选的，所述实验段箱型梁内部设有多个实验段箱体加强筋，通过布置多个加强筋，能更加准确的评估实验段箱型梁的崩溃模态。
[0010]可选的，所述测量装置括应变片和百分表，应变片主要布置于所述试验段箱型梁的中部顶板、舷侧板、底板和所述加强筋上；百分表布置于所述试验段箱型梁背向所述加载装置的一侧；其目的分别为：试验段的中部顶板上表面布置应变片，以检验加载装置传递载荷的均匀性和有效性；舷侧板处的应变片以测量舷侧板加载装置施加的应力随外载荷的变化，从而确定横剖面中性轴位置的变化；底板处布置应变片，以测量应力随施加弯矩逐渐增大的变化数据；加强筋面处布置应变片，以准确评估加筋箱型梁的崩溃模态。百分表布置于试验段箱型梁底部，用于实时测量试验段底部各测点的垂向位移，经过换算后可以得到箱型梁模型的曲率数据。
[0011]可选的，所述实验段箱型梁的两端端面分别与所述两个支撑段箱型梁的另一端螺栓连接，支撑段和试验段的分离式结构，可有效保证试验加载装置在中间试验段施加中拱中垂正反两个方向的纯弯弯矩，排除剪力干扰。
[0012]本专利技术还提出一种船舶箱型梁模型极限强度试验方法，所述方法基于上述一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置实现，包括如下步骤；
[0013]步骤1)，将所述第一横梁通过固定螺栓固定在两根第一立柱中间形成大门架，将所述加载装置的固定在第一横梁的正下方；
[0014]步骤2)，将所述试验段箱型梁的外延伸面和支撑段箱型梁的外延伸面通过螺栓连接，将所述加载装置与支撑段箱型梁连接，所述试验段箱型梁位于加载装置几何中心正下方，将所述圆柱结构以大门架为中心对称布置在两侧，两个所述支撑段箱型梁的尾端分别搭在已经对称布置好的圆柱结构上，在所述支撑段箱型梁的尾端顶部放置半圆柱结构；
[0015]步骤3)，将所述第二横梁通过固定螺栓固定在两根第二立柱中间形成小门架，使所述第二横梁紧压半圆柱结构；
[0016]步骤4)，通过加载装置和支撑段箱型梁向试验段箱型梁施加压力载荷，通过测量装置检验：模型加载的均匀性及载荷的有效传递情况；应力随外载荷的变化，从而确定横剖面中性轴位置的变化；评估实验段箱型梁的崩溃模态；实时测量试验段底部各测点的垂向位移，经过换算后可以得到箱型梁模型的曲率数据。
[0017]步骤5)，将所述实验型段箱型梁由两个所述支撑段箱型梁上拆下，将不同型号的所述实验型段箱型梁连接于两个所述支撑段箱型梁之间，并重复所述步骤1)至所述步骤
4)。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]本专利技术可以通过替换试验段箱型梁，进行不同规格的箱型梁结构试验，实现了试验的重复性；在更换试样时，只需对试验段箱型梁试样进行更换，节省试验成本和场地占用，同时方便了实验拆装，减少了因更换整个试验模型所带来的工作量。
[0020]本专利技术通过加载环与加载装置相连接，能够在不破坏箱型梁结构的同时，实现不翻转试验装置时的中垂中拱循环弯曲载荷加载。
[0021]本发中支撑段箱型梁和试验段箱型梁的分离式结构，可有效保证试验加载装置在中间试验段箱型梁施加中拱中垂正反两个方向的纯弯弯矩，排除剪力干扰；通过设置的圆柱结构和半圆柱结构，可以实现船舶在水中自由无约束状态的模拟，能够为试验段箱型梁循环拉压弯曲极限强度评估提供更加精准的依据。
附图说明
[0022]图1是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置，该装置包括一个大门架(1)、两个小门架(2)、加载装置(3)、测量装置和两个支撑段箱型梁(5)；所述大门架包括两个第一立柱(102)和一个第一横梁(101)，所述第一横梁(101)连接于两个第一立柱(102)之间；所述小门架(2)包括两个第二立柱(202)和一个第二横梁(201)，所述第二横梁(201)连接于两个第二立柱(202)之间；两个所述小门架(2)相对于大门架(1)对称布置，所述两个支撑段箱型梁(5)沿水平方向设置且与第一横梁(101)垂直，所述两个支撑段箱型梁(5)的一端分别放置在所述两个大门架(2)的第二横梁(201)下方，所述两个支撑段箱型梁(5)的另一端之间夹设有实验段箱型梁(8)，所述第一横梁(101)通过所述加载装置(3)与所述两个支撑段箱形型梁(5)连接，所述支撑段箱型梁(5)远离实验型段箱型梁(8)的下端面装有圆柱结构(6)，所述圆柱结构(6)下方设有底座(9)，所述圆柱结构(6)与底座(9)铰接，远离所述实验型段箱型梁(8)的上端面放有半圆柱结构(4)，所述半圆柱结构(4)的弧面与所述第二横梁(201)下端面接触。2.根据权利要求1所述一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置，其特征在于：所述加载装置(3)包括疲劳试验机(301)和压头(302)，疲劳试验机(301)的尾端部通过螺栓固定在所述第一横梁(101)下端面，所述压头(302)安装在所述疲劳试验机(301)顶部
。
3.根据权利要求2所述一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置，其特征在于：所述一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置还包括加载环(7)，所述两个支撑段箱型梁(5)上均套装有所述加载环(7)，所述压头(302)为长立方体结构，所述压头(302)的两端分别与两个加载环(7)固定连接。4.根据权利要求1所述一种船舶箱型梁模型极限强度试验装置，其特征在于：所述实验段箱型梁(8)内...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐京霞，房璇，宋召军，胡康，徐志亭，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：