适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统及试验方法，包括机架，机架下方设置承接落体的水池，机架上设有电磁释放装置，电磁释放装置连接落体系统，所述落体系统包括与电磁释放装置连接的工装结构、安装在工装结构上的楔体，工装结构内带有重心可调的配重组件，楔体上设置传感器组，传感器组连接有电脑。本发明专利技术通过不同刚度的大尺度楔形体安装形式和重量重心位置的调整方法，同时可以精确测量砰击载荷大小、载荷作用时间、载荷作用过程中的速度变化、结构变形及主要部位应力等参数。数。数。

【技术实现步骤摘要】
适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统及方法


[0001]本专利技术涉及落体试验
，尤其是一种适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统及方法。

技术介绍

[0002]随着社会发展及航运的需要，商用运输船舶逐渐趋于大型化。到目前为止，出现了可运载超过24000TEU的超大型集装箱，30万吨大型油轮和40万吨超大型矿砂船也越来越多地穿梭在世界各大港口之间。
[0003]船舶大型化、高速化的特征，将使得船舶首部结构具有明显的外飘特征，当船舶在恶劣的海况中航行时，由于艏底及艉底出入水、外飘区域与波浪发生碰撞等，船体会发生猛烈的砰击，进而引发剧烈的船体振动，称为砰击颤振。
[0004]砰击颤振引起的高频振动弯矩与波浪诱导低频弯矩叠加时会对船体总纵强度构成严重的威胁，使得首外飘结构呈现出典型的“瘦马”形式，严重时将使得结构发生破坏，造成巨大的经济损失、甚至威胁到人员的生命安全。根据国内外实船试验及模型试验的研究成果，砰击振动弯矩甚至达到了船体总波浪弯矩的30％～40％。因此，需要开展砰击载荷作用下船体结构极限强度研究。
[0005]目前，对于船体结构极限承载能力研究均为面内准静态载荷作用下，对于侧向砰击载荷作用下的结构极限强度试验由于其载荷施加方式较为困难，载荷量值难以控制，载荷作用时间测量困难等诸多因素而无法开展相关研究。本项专利技术设计了一种适用于多刚度、大尺度楔形体落体试验的试验装置系统。该系统可以方便地将不同刚度的大尺度楔形体安装在落体试验的特定工装结构上，并便于试验人员对重量重心位置进行调节，同时可以精确测量载荷大小、载荷作用时间、载荷作用过程中的速度变化、结构变形及主要部位应力等参数。

技术实现思路

[0006]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统及方法，通过利用楔体模拟船体形状、入水模拟施加侧向砰击，得到能够测量侧向砰击载荷的试验系统。
[0007]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，包括机架，机架下方设置承接落体的水池，
[0009]机架上设有电磁释放装置，电磁释放装置连接落体系统，所述落体系统包括与电磁释放装置连接的工装结构、安装在工装结构上的楔体，工装结构内带有重心可调的配重组件，
[0010]楔体上设置传感器组，传感器组连接有电脑。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进：
[0012]所述工装结构包括：
[0013]挡水板，与电磁释放装置相连，
[0014]箱体，与挡水板固定相连，箱体内设置配载区，配载区活动装配有配重块，
[0015]楔体，与箱体之间通过紧固件连接。
[0016]所述箱体底壁等分为两个区域，其中一个区域设有单侧筋。
[0017]所述楔体的尖端棱线垂直于单侧筋或平行于单侧筋。
[0018]所述箱体底壁上设有通孔，传感器组的导线穿过通孔。
[0019]配载区位于两侧通孔之间。
[0020]所述楔体为对称体，楔体的大端安装在箱体端面，楔体的尖端对应在箱体端面的中线上。
[0021]机架顶部设有电机，电机带动有转轴，转轴上卷绕绳索，绳索连接电磁释放装置。
[0022]一种利用上述适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统的试验方法，包括如下步骤：
[0023]在楔体的入水面上布置应变传感器、压力传感器、位移传感器；
[0024]通过橡胶垫、紧固件将楔体与工装结构进行安装；
[0025]将布置完成的应变传感器、压力传感器、位移传感器与测试系统连接；
[0026]根据已安装的楔体、工装结构的结构，调整落体系统的重心；
[0027]通过升降机构将落体系统升至预估的落体高度，并用激光测距仪确定落体系统所在的初始位置；
[0028]将应变传感器、压力传感器、位移传感器以及相应的电磁释放装置、光电开关与电脑连接，并进行清零初始化；
[0029]确认所有设备运转正常后，开始采集数据；
[0030]设置采样频率设置为5000Hz，开启数据采集系统，进行相关参数的时域信号记录，试验数据记录1分钟后，开启电磁释放装置，使得落体系统自由下落；
[0031]待落体系统砰击入水完成，测试参数稳定后，开展后续不同刚度和不同落体高度试验，直至达到试验目的为止；
[0032]完成多刚度、大尺度楔形体落体砰击试验后，停止试验数据采集，关闭所有仪器，拆除试验模型。
[0033]作为上述技术方案的进一步改进：
[0034]调整落体系统的中心具体步骤为：
[0035]根据装配有楔体的工装结构的已有重心位置，在配载区加装配重块，使配重块平衡楔体、工装结构、单侧筋，配重后的落体系统重心位于中间位置，
[0036]更换不同规格的楔体时，卸下配重块、楔体，根据新装配的楔体与工装结构的重心位置，加装配重块，配重后的落体系统重心位于中间位置。
[0037]本专利技术的有益效果如下：
[0038]本专利技术通过不同刚度的大尺度楔形体安装形式和重量重心位置的调整方法，同时可以精确测量砰击载荷大小、载荷作用时间、载荷作用过程中的速度变化、结构变形及主要部位应力等参数。
[0039]本专利技术中，锥体的作用是模拟船艏的特殊形状，当锥体入水后，水从锥体的斜面两
侧施加推向锥体的力，使锥体上形成模拟侧向砰击时所受力的状态。锥体斜面上的传感器组将这些参数传递至电脑进行收集整理；这也就是为什么要将传感器组安装在斜面上的原因。相较于传统的机械手段施加侧向砰击载荷，利用水来施加首先难度降低，其次施加方向、位置更准确，效果更好。
[0040]本专利技术的锥体和工装结构安装在一起，工装结构的箱体内设置配重块，调节整个落体系统的重心。安装完成后的落体系统具有重心低、浮心高的特点，在入水后不易倾倒侧翻，以便顺利模拟船舶航行状态下的受力情况。
[0041]本专利技术中为了能够测得多组数据，楔体可以采用多种规格。为了便于后续的配重步骤，在箱体底壁一侧设置单侧筋，单侧筋的设置使未配重的落体系统重心偏离一侧，通过后续的配重可以将重心调节至预期位置。在安装不同的楔体时，只需改变配重块的重量、位置等因素即可得到预期的落体系统，能够在同一工况下，控制变量，精确比较不同刚度的楔块试验所得参数。
[0042]增加单侧筋、配重步骤来调节重心，目的在于每次试验前，都可以确认落体系统的重心。如果仅仅采用预制的稳定重心的位置，则在长期使用过程中，容易产生损耗、形变，造成重心偏移的问题。而每次落体前预调则可以避免这种问题发生。
附图说明
[0043]图1为本专利技术的整体原理示意图。
[0044]图2为本专利技术的落体系统主视图。
[0045]图3为本专利技术的落体系统侧视图。
[0046]图4为本专利技术的箱体俯视图。
[0047]图5为本专利技术的箱体中配载区位置示意图。
[0048本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征在于：包括机架(1)，机架(1)下方设置承接落体的水池(2)，机架(1)上设有电磁释放装置(3)，电磁释放装置(3)连接落体系统(7)，所述落体系统(7)包括与电磁释放装置(3)连接的工装结构(701)、安装在工装结构(701)上的楔体(702)，工装结构(701)内带有重心可调的配重组件，楔体(702)上设置传感器组，传感器组连接有电脑。2.如权利要求1所述的适用于多刚度、大尺度楔体(702)落体试验的系统，其特征在于：所述工装结构(701)包括：挡水板(703)，与电磁释放装置(3)相连，箱体(704)，与挡水板(703)固定相连，箱体(704)内设置配载区(705)，配载区(705)活动装配有配重块，楔体(702)，与箱体(704)之间通过紧固件连接。3.如权利要求2所述的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征在于：所述箱体(704)底壁等分为两个区域，其中一个区域设有单侧筋(706)。4.如权利要求3所述的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征在于：所述楔体(702)的尖端棱线垂直于单侧筋(706)或平行于单侧筋(706)。5.如权利要求3所述的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征在于：所述箱体(704)底壁上设有通孔(707)，传感器组的导线穿过通孔(707)。6.如权利要求5所述的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征在于：配载区(705)位于两侧通孔(707)之间。7.如权利要求4所述的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征在于：所述楔体(702)为对称体，楔体(702)的大端安装在箱体(704)端面，楔体(702)的尖端对应在箱体(704)端面的中线上。8.如权利要求1所述的适用于多刚度、大尺度楔体落体试验的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏劲松，赵南，胡嘉骏，蒋彩霞，刘俊杰，司海龙，李政杰，李飞，陈帅，金星瑜，朱云龙，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：