一种用于船舶结构力学分析的船模及其制作方法技术

一种用于船舶结构力学分析的船模及其制作方法，船体为一体成型的壳体结构，船体的型线与待验证的船舶结构外壳一致；船体内部设有多个质量块，质量块为片状结构，质量块沿船体的长度方向间隔设置，多个质量块的质量分布与待验证的船舶结构内部构造的质量分布一致；每个质量块的上方设置有安装架；沿船长方向设置的测量梁通过安装架与质量块刚性连接；测量梁上设置有光纤传感器组，光纤传感器组沿测量梁的长度方向上布置于测量梁的表面，光纤传感器组用于测量测量梁的应变分布，从而不需考虑船模分段，减少船模加工工艺步骤，准确获取模态的连续状态信息，使船模结构适用于大型船舶初步设计及力学性能验证，更加精确的进行船舶结构可靠性的验证

【技术实现步骤摘要】
一种用于船舶结构力学分析的船模及其制作方法


[0001]本专利技术涉及船舶结构力学分析
，尤其是一种用于船舶结构力学分析的船模
。

技术介绍

[0002]近二十年来，船舶的日益大型化，高强度钢的普遍化，船舶的高速化，使得在海上航行的船体遭遇的波激振动现象日益明显
。
船舶结构在海上不管风浪多大，只要船长
、
航速
、
刚度综合达到一定范围，即船体在水中的振动频率与波浪诱导的频率接近，就会发生波激振动，这个现象对船舶结构的疲劳寿命的危害是十分巨大的
。
[0003]在目前除了应用三维水弹性力学数值分析预报船体结构的水弹性响应外，模型水池试验是校验波浪外载荷及监测波激振动对疲劳损伤方面非常重要的一个手段
。
常规的水弹性响应均需要采用分段船模来测量每个剖面的载荷，该载荷沿着船长的分布是不连续的，因此就无法准确的得到真实的载荷大小情况
。
同时，基于船舶静水力分析，业内学者往往认为只需要在船舶模型上切三次，即在
L/4、L/2
和
3L/4(L
为船长
)
处剖开，监测该三个剖面处的弯矩和剪力就能满足试验目的，当然也有的试验有多达
10
多个分段想近似连线获取外载荷曲线，但是这对加工工艺来说要求十分苛刻；甚至各大船舶规范都只是取梯形分布来给出载荷的大致范围
。
[0004]同时，在上述分段模型进行船模干模态参数测量或者船模频率振型测量中也存在上述问题，即无法准确获取模态的连续状态信息
。
[0005]事实上，真实的船舶的波浪载荷绝非与船舶的静水力外载荷类似，波浪载荷的幅值往往比静水力载荷大一数量级，而在发生波激振动的时候，其载荷会有很明显的高阶振动峰值，在目前的大型船舶入级送审时还未出现强制计算规定和试验验证，因此，精确获得沿船长的载荷分布规律，是船舶界还没有完成的一项任务
。
[0006]在船模设计时，首先想到的是全尺寸缩比，即长
、
宽
、
高三维线性缩小，但是船体结构是有板梁组成，过大的缩尺比会使得船模的骨材特别薄而缺乏加工可能；于是分段船模是长期存在的一种测定船模分段不连续载荷的简易方法，并且目前本领域也未对分段式船模的测定外载荷的准确性进行质疑
。

技术实现思路

[0007]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于船舶结构力学分析的船模及其制作方法，从而不需考虑船模分段，减少船模加工工艺步骤，准确获取模态的连续状态信息，使船模结构适用于大型船舶初步设计及力学性能验证，更加精确的进行船舶结构可靠性的验证
。
[0008]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种用于船舶结构力学分析的船模，包括船体，所述船体为一体成型的壳体结构，所述船体的型线与待验证的船舶结构外壳一致；
[0010]所述船体内部设置有多个质量块，所述质量块为片状结构，
[0011]所述质量块沿所述船体的长度方向间隔设置，多个质量块的质量分布与待验证的船舶结构内部构造的质量分布一致；
[0012]每个质量块的上方设置有安装架；
[0013]还包括沿船长方向设置的测量梁，所述测量梁通过安装架与质量块刚性连接；
[0014]所述测量梁上设置有光纤传感器组，所述光纤传感器组沿所述测量梁的长度方向上布置于所述测量梁的表面，所述光纤传感器组用于测量所述测量梁的应变分布
。
[0015]其进一步技术方案在于：
[0016]所述船体和质量块采用
3D
打印成型
。
[0017]所述船体和质量块为分体式结构，
[0018]所述船体内表面沿所述船体的长度方向间隔设置有多个凹槽，单个凹槽的长度方向与所述船体的横剖面方向一致，质量块的外周与所述凹槽紧配，所述船体的两侧上端面旋转设置有多个挡块，挡块与凹槽一一对应，挡块与单个质量块的上端侧面配合，用于质量块的垂向限位
。
[0019]所述安装架的结构为包括固定安装于每个质量块上方的基座，所述基座上设置有与所述测量梁外周面配合的固定环，所述固定环用于将所述测量梁与所述基座刚性连接
。
[0020]每个质量块的上部预埋有连接螺栓，所述连接螺栓与所述基座可拆卸固定连接
。
[0021]所述固定环的结构为：包括上半环和位于所述上半环下方的下半环，所述下半环与所述基座连接，所述上半环和下半环配合后形成环形结构，所述环形结构的内周面与所述测量梁的外壁面匹配
。
[0022]所述测量梁为圆形管状结构
。
[0023]所述光纤传感器组包括安装于所述测量梁上方内壁面的上光纤传感器
、
安装于所述测量梁下方内壁面的下光纤传感器
、
安装于所述测量梁左侧内壁面的左光纤传感器
、
安装于所述测量梁右侧内壁面的右光纤传感器和呈螺旋状安装于所述测量梁内壁面的螺旋光纤传感器中的一种或多种，所述上光纤传感器
、
下光纤传感器
、
左光纤传感器和右光纤传感器的长度方向与所述测量梁的轴线平行，所述螺旋光纤传感器的螺旋线的延伸方向与测量梁长度方向一致
。
[0024]一种用于船舶结构力学分析的船模的制作方法，包括以下步骤：
[0025]S1
：根据待验证的船舶结构的型线信息采用
3D
打印制作船体，并在船体内表面沿船体的长度方向间隔设置多个凹槽；
[0026]S2
：根据待验证的船舶结构的质量分布配置多个与凹槽一一对应的质量块，组合后的质量块的质量分布与待验证的船舶结构内部构造的质量分布一致，采用
3D
打印制作质量块；
[0027]S3
：将质量块装配在凹槽内后对质量块限位，使质量块和船体刚性连接；
[0028]S4
：在质量块上方可拆卸安装测量梁，测量梁的轴线与船长方向一致；
[0029]S5
：在测量梁上安装光纤传感器组，并将光纤传感器组与采集仪器连接；
[0030]S6
：
S1
‑
S5
完成后，使船模整体被支撑起，然后对船体施加载荷，通过光纤传感器组测量测量梁处产生的应变；
[0031]S7
：对采集仪器测量得到的应变数据进行处理，分析得出船模的力学性能，进而反
应待验证船舶结构的实际力学性能；
[0032]S8
：当
S7
中船模的力学性能不满足设计要求时，根据应变情况调整船舶结构，改变多个质量块的质量分布和或测量梁的结构，重复
S2
‑
S5
的步骤组装船模后，再进行步骤
S6
直至验证得到最佳的船舶结构
。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：包括船体
(11)
，所述船体
(11)
为一体成型的壳体结构，所述船体
(11)
的型线与待验证的船舶结构外壳一致；所述船体
(11)
内部设置有多个质量块
(2)
，所述质量块
(2)
为片状结构，所述质量块
(2)
沿所述船体
(11)
的长度方向间隔设置，多个质量块
(2)
的质量分布与待验证的船舶结构内部构造的质量分布一致；每个质量块
(2)
的上方设置有安装架
(4)
；还包括沿船长方向设置的测量梁
(3)
，所述测量梁
(3)
通过安装架
(4)
与质量块
(2)
刚性连接；所述测量梁
(3)
上设置有光纤传感器组
(5)
，所述光纤传感器组
(5)
沿所述测量梁
(3)
的长度方向上布置于所述测量梁
(3)
的表面，所述光纤传感器组
(5)
用于测量所述测量梁
(3)
的应变分布
。2.
如权利要求1所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：所述船体
(11)
和质量块
(2)
采用
3D
打印成型
。3.
如权利要求2所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：所述船体
(11)
和质量块
(2)
为分体式结构，所述船体
(11)
内表面沿所述船体
(11)
的长度方向间隔设置有多个凹槽
(13)
，单个凹槽
(13)
的长度方向与所述船体
(11)
的横剖面方向一致，质量块
(2)
的外周与所述凹槽
(13)
紧配，所述船体
(11)
的两侧上端面旋转设置有多个挡块
(12)
，挡块
(12)
与凹槽
(13)
一一对应，挡块
(12)
与单个质量块
(2)
的上端侧面配合，用于质量块
(2)
的垂向限位
。4.
如权利要求1所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：所述安装架
(4)
的结构为包括固定安装于每个质量块
(2)
上方的基座
(41)
，所述基座
(41)
上设置有与所述测量梁
(3)
外周面配合的固定环
(42)
，所述固定环
(42)
用于将所述测量梁
(3)
与所述基座
(41)
刚性连接
。5.
如权利要求4所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：每个质量块
(2)
的上部预埋有连接螺栓
(21)
，所述连接螺栓
(21)
与所述基座
(41)
可拆卸固定连接
。6.
如权利要求4所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：所述固定环
(42)
的结构为：包括上半环
(422)
和位于所述上半环
(422)
下方的下半环
(421)
，所述下半环
(421)
与所述基座
(41)
连接，所述上半环
(422)
和下半环
(421)
配合后形成环形结构，所述环形结构的内周面与所述测量梁
(3)
的外壁面匹配
。7.
如权利要求1‑6任一所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：所述测量梁
(3)
为圆形管状结构
。8.
如权利要求7所述的一种用于船舶结构力学分析的船模，其特征在于：所述光纤传感器组
(5)

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晔，杨吉，王思雨，屈毫拓，倪歆韵，陈彧超，许凌云，王琦彬，魏子阳，汤明刚，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：