一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置及方法
技术领域
本发明涉及船体抨击试验领域,尤其涉及一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置及方法。
背景技术
落体试验技术是船舶砰击载荷研究中的一种主要测试手段。与利用三维船模在波浪中进行砰击载荷测试相比,落体试验模型更为简单,试验中也更便于观测局部船体与水体之间相互冲击作用的物理细节。在落体砰击试验中,要求落体模型与水体的冲击速度能够近似模拟船体局部结构与波浪间的冲击速度。
现有的落体砰击载荷试验技术普遍利用模型的落体运动获得模型的入水冲击速度,为达到一定的入水速度,模型通常要抬升至水面以上一定高度。在实际的船舶砰击现象中,存在船体底部出水和不出水两种情况,两种情况的流场特性可能存在明显不同。而且,船舶在波浪中航行,即使遭受砰击的首尾底部不出水,由于船舶整体运动的影响,首尾局部结构也会以较大的冲击速度与水体发生冲击。
现有的落体试验技术在试验模型主体底部不出水时,由于模型下落高度的限制,利用落体运动难以获得足够大冲击速度,无法完成试验。
发明内容
本发明提供一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置及方法,以克服上述技术问题。
一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置,包括:架体、托架和重物,所述托架和重物均活动连接于所述架体上,所述重物设于所述托架上方,所述架体下方设有水池,所述托架下方设有船体。
进一步地,所述架体包括顶架和侧架,所述重物通过脱钩器与所述顶架连接,所述托架通过电磁铁与所述侧架连接。
进一步地,所述顶架上设有电机,所述重物通过钢丝绳与所述电机连接。
进一步地,所述船体底部进入所述水池的水面下,所述侧架上设有光电传感器,所述光电传感器检测运动至所述托架上表面的物体。
进一步地,所述架体包括竖直设置的导轨,所述托架和重物均沿所述导轨运动。
进一步地,所述托架包括第一托架、第二托架和至少两个调节杆,所述第一托架通过电磁铁与所述架体的侧架连接,所述第二托架下固定有所述船体,所述调节杆设于所述第一托架和第二托架之间,所述调节杆处于所述第一托架和第二托架之间的长度可以调节。
进一步地,所述调节杆为两端具有螺纹的螺柱,所述螺柱两端螺纹的方向不同。
一种基于撞击加速的船体结构落体抨击试验方法,包括以下步骤:
S1、将重物提升至一定高度,将船体底部浸入水池的水面下;
S2、调节船体与水面之间的倾角;
S3、释放重物;
S4、重物下落到达设定位置时,释放托架;
S5、重物撞击托架,使船体以目标速度入水冲击。
本发明公开了一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置及方法,相比于现有落体试验装置,本装置利用高速下落的重物撞击底部浸入水面的船体试验模型,从而使船体试验模型获得较大的加速度,达到目标冲击速度,顺利完成试验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中公开的一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置结构示意图;
图2是本发明实施例中公开的托架结构示意图;
图3是本发明实施例中公开的一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置结构示意图,图中重物恰好冲击托架;
图4是本发明实施例中公开的一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置结构示意图,图中托架与重物同时下落前的状态。
附图标号说明:
1、架体;101、顶架;102、侧架;2、托架;201、第一托架;202、第二托架;203、调节杆;3、重物;4、水池;5、船体;6、脱钩器;7、电磁铁;8、电机;9、光电传感器;10、导轨。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,一种基于撞击加速的船体结构落体砰击试验装置,包括:架体1、托架2和重物3,所述托架2和重物3均活动连接于所述架体1上,所述重物3设于所述托架2上方,所述架体1下方设有水池4,所述托架2下方设有船体5。
船体5固定在托架2下方,通过托架2与架体1连接。可通过对托架2与架体连接位置的不同,进行船体底部出水和不出水两种情况的试验。进行船体底部出水试验时,将托架和船体固定在较高的高度,然后使托架下落,或使重物与托架同时下落,即可进行船体底部出水情况下的试验;进行船体底部不出水试验时,将托架和船体固定在较低的高度,并使船体底部进入水面以下,然后使重物3下落,重物3撞击托架,使船体获得较大的加速度,并以较大的速度与水发生接触。本装置利用高速下落的重物撞击底部浸入水面的船体试验模型,从而使船体试验模型获得较大的加速度,达到目标冲击速度,顺利完成船体底部不出水的抨击试验。
本实施例中,所述架体1包括顶架101和侧架102,所述重物3通过脱钩器6与所述顶架101连接,所述托架2通过电磁铁7与所述侧架102连接。
所述顶架101上设有电机8,所述重物3通过钢丝绳与所述电机8连接。
电机8通过钢丝绳将重物3拉起,方便试验多次进行。重物3通过脱钩器与顶架101连接,方便重物3的释放。托架2通过电磁铁7与侧架102连接,方便对于托架2释放的控制。
为了准确控制托架2的释放时间点,所述侧架102上设有光电传感器9,所述光电传感器9检测运动至所述托架2上表面的物体。当重物3下落至托架2上方,在于托架2撞击瞬间,光电传感器9发出信号,信号传递给控制单元,控制单元发出信号使电磁铁断电,释放托架2。
为了保证托架和重物的运动轨迹,本实施例在所述架体1包括竖直设置的导轨10,所述托架2和重物3均沿所述导轨10运动。托架2设有滑块,可沿导轨运动,重物3固定于连接架上,连接架上设有滑块,与导轨连接。
船舶抨击过程中,船舶局部结构与水体自由面之间可能存在倾角,为了进一步实现存在倾角时的抨击试验,本实施例中通过托架2调节船体模型姿态,如图2所示,所述托架2包括第一托架201、第二托架202和至少两个调节杆203,所述第一托架201通过电磁铁7与所述架体1的侧架102连接,所述第二托架202下固定有所述船体5,所述调节杆203设于所述第一托架201和第二托架202之间,所述调节杆203处于所述第一托架201和第二托架202之间的长度可以调节。本实施例汇中,所述调节杆203为两端具有螺纹的螺柱,所述螺柱两端螺纹的方向不同。第一托架和第二托架上设有与螺柱相对于的内螺纹,通过转动螺柱,调节第一托架和第二托架之间的角度,进而调节船体姿态。
本发明公开的一种基于撞击加速的船体结构落体抨击试验方法,包括以下步骤:
S1、将重物提升至一定高度,将船体底部浸入水池的水面下;
S2、调节船体与水面之间的倾角;
S3、释放重物;
S4、重物下落到达设定位置时,释放托架;
S5、重物撞击托架,使船体以目标速度入水冲击。
启动电机,通过钢丝绳提高重物,然后将重物挂在脱钩器上,将托架通过电磁铁与侧架连接,使船体底部进入水面下并保持合适高度。
调节螺柱,使船体模型具有合适的入水姿态。
打开脱钩器,释放重物。
重物下落,下落至托架上表面处时,光电传感器发出信号,电磁铁断电,释放托架。
如图3所示,重物撞击托架,使托架和船体获得较大的瞬时加速度,船体以目标速度入水冲击,实现了船体底部不出水场景下的抨击载荷试验。
如图4所示,本发明公开的试验装置,同样可以进行船体底部出水的抨击试验。只需将托架固定在较高的高度,根据试验要求,可以选择单独释放托架或将重物与托架固定连接后同时释放,即可完成抨击试验。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。