CN101319988A - 高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置及方法。测试装置包括压力筒和应变仪。压力筒为大型通用压力筒，其下端有筒底，其上端有筒盖。压力筒内有板条梁，该板条梁悬吊于筒盖的下方。筒盖上有缆孔，缆孔内有电缆，缆孔与电缆间呈水密状相配合。板条梁的中间上、下面上均贴有应变片，电缆的两端分别与板条梁上面的应变片和应变仪相连。板条梁下方有浮力材料试件和压载块，浮力材料试件悬吊于板条梁下面的应变片上，压载块悬吊于浮力材料试件之下。通过板条梁的选择、板条梁的标定、应变值的测定、应力值的换算和浮力损失确定等步骤，得到了浮力材料的浮力损失值。采用这种装置及方法进行浮力损失测试，可降低实验成本、提高测试精度。

Description

高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置及方法。具体说，是在高静水压力条件下测量浮力材料的浮力损失的装置及方法。

背景技术

在船舶制造行业都知道，在高静水压力条件下浮力材料的浮力损失是由浮力材料的吸水率和体积收缩率两个因素引起的。其中，由浮力材料的吸水率所引起的浮力损失可根据如下吸水率公式计算而得：

由体积收缩率所引起的浮力损失需要专门的试验进行测定。如美国Emerson & Cuming公司，是先用小型专用压力筒测出浮力材料试样的体积收缩率，进而计算出由于浮力材料体积收缩所引起的浮力损失。虽然采用这种方法可以计算出由浮力材料体积收缩所引起的浮力损失，但存在以下缺点：一是需要专用的小型压力筒来测试浮力材料试样的体积收缩率，再计算出浮力材料的浮力损失，这样试验成本高；二是在浮力材料吸水率公式中最终质量是浮力材料在经过压力试验，并从压力筒取出，放置在空气中，进行称重。这样，由于浮力材料在空气中失去了高静水压力的作用，不可避免地有部分水从浮力材料内逸出和蒸发掉，使得浮力材料吸水率的实测值偏小，进而影响到浮力材料的浮力损失的测试精度。因此，测试精度不高。

发明内容

本发明要解决的问题是克服背景技术中的缺陷，提供一种高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置及方法。采用这种装置及方法进行高静水压力下浮力材料的浮力损失测试，可降低实验成本、提高测试精度。

为解决上述问题，采取以下技术方案：

本发明的高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置特点是包括压力筒和应变仪。其中的压力筒为大型通用压力筒，其下端有筒底，其上端有筒盖。压力筒内有板条梁，该板条梁悬吊于筒盖的下方。筒盖上有缆孔，缆孔内有电缆，缆孔与电缆间呈水密状相配合。板条梁的中间上、下面上均贴有应变片，电缆的两端分别与板条梁上面的应变片和应变仪相连。板条梁下方有浮力材料试件和压载块，浮力材料试件悬吊于板条梁下面的应变片上，压载块悬吊于浮力材料试件之下。其中的板条梁为硬质铝合金。

测试高静水压力下浮力材料的浮力损失的方法依次包括以下步骤：

板条梁的选择

先选取至少5件板条梁样品，并测得这些样品的应力-应变(σ-ε)曲线，得到板条梁材料的杨氏弹性模量E的实测值；

对板条梁进行标定，以测定板条梁σ-ε变化的线性和重复性，最终择优选用；

应变值的测定

当压力筒内工作压力p分别取0和极限深度工作压力时，分别从应变仪上读取应变值ε₁和ε₂，则应变变化值Δε＝ε₂-ε₁；

应力值的换算

根据板条梁的应力-应变(σ-ε)曲线，把板条梁跨中的应变变化值Δε换算为应力变化值Δσ(＝E·Δε)；

浮力损失的确定

根据板条梁跨中截面的弯距和应力计算公式，即

$M_P=\frac{\mathrm{Pl}}{4},$ 其中，l为板条梁的长度(m)，l＝1m；

$\mathrm{\Δ\σ}=\frac{M_P\·z}{I_z},$ 其中，I_z为板条梁跨中截面对中性轴的惯矩(m⁴)，I_z＝bh³/12＝5.4×10^-10(m⁴)；z为板条梁上(下)表面至中性轴的距离(m)，z＝h/2＝0.003m；

分别计算出在板条梁跨中的弯距M_P和集中力P，则浮力材料的浮力损失ΔF＝P。

其中，压力筒内有两个吊杆，两吊杆上端固定在筒盖的下表面相对两侧，它们的下端有吊钩，板条梁两端置于该两吊钩内。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本发明包括压力筒和应变仪。其中的大型通用压力筒，其下端有筒底，其上端有筒盖。压力筒内有板条梁，该板条梁悬吊于筒盖的下方。筒盖上有缆孔，缆孔内有电缆，蓝孔与电缆间呈水密状相配合。板条梁的中间上、下面上均贴有应变片，电缆的两端分别与板条梁上面的应变片和应变仪相连。板条梁下方有浮力材料试件和压载块，浮力材料试件通过导线悬吊于板条梁下面的应变片上，压载块借助导线悬吊于浮力材料之下。其中的板条梁为硬质铝合金。

经过板条梁的选择、对板条梁进行标定、应变值的测定、应力值的换算和浮力损失的确定等步骤而得到。利用大型通用压力筒和应变仪就可直接测出浮力材料的总浮力损失，从而降低了实验成本。由于浮力材料的浮力损失是实时测得的，不需先通过测得浮力材料的吸水率再换算而得，与背景技术相比，可大大提高测试精度。

附图说明

附图是本发明的高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明的高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置包括压力筒7和应变仪6。其中的压力筒7是大型通用压力筒，其下端加工有筒底，其上端设置有筒盖9。压力筒7内设置有板条梁1，该板条梁由LY12型硬铝合金制成。压力筒7内设置有两个吊杆10，两吊杆10上端固定在筒盖9的下表面相对两侧，它们的下端加工有吊钩，板条梁1两端置于该两吊钩内，从而使板条梁1悬吊于筒盖9的下方。筒盖9上加工有缆孔，缆孔内穿有电缆5，缆孔与电缆5间呈水密状相配合。板条梁1的中间上、下面上均贴有应变片2，电缆5的两端分别与板条梁1上面的应变片2和应变仪6相连。板条梁1下方设置有浮力材料试件3和压载块4，浮力材料试件3通过绳索8悬吊于板条梁1下面的应变片2上，压载块4借助绳索8悬吊于浮力材料试件3之下。

本发明的高静水压力下浮力材料的浮力损失测试方法如下：

(1)对板条梁1进行选择

先选取至少5件板条梁1样品，该板条梁样品为LY12型硬铝合金制品，并测得这些样品的应力-应变(σ-ε)曲线，得到板条梁1材料的杨氏弹性模量E的实测值；

(2)对板条梁1进行标定，以测定板条梁1的σ-ε变化的线性和重复性，最终择优选用；

(3)应变值的测定

当压力筒7内工作压力p分别取0和极限深度工作压力时，分别从应变仪6上读取应变值ε₁和ε₂，则应变变化值Δε＝ε₂-ε₁；

(4)应力值的换算

根据板条梁1的应力-应变(σ-ε)曲线，把板条梁1跨中的应变变化值Δε换算为应力变化值Δσ(＝E·Δε)；

(5)浮力损失的确定

根据板条梁1跨中截面的弯距和应力计算公式，即

$M_P=\frac{\mathrm{Pl}}{4},$ 其中，l为板条梁的长度(m)，l＝1m；

$\mathrm{\Δ\σ}=\frac{M_P\·z}{I_z},$ 其中，I_z为板条梁1跨中截面对中性轴的惯矩(m⁴)，I_z＝bh³/12＝5.4×10^-10(m⁴)；z为板条梁1上(下)表面至中性轴的距离(m)，z＝h/2＝0.003m；

分别计算出在板条梁1跨中的弯距M_P和集中力P，则浮力材料的浮力损失ΔF＝P。

Claims (3)

1.高静水压力下浮力材料的浮力损失测试装置，其特征在于包括压力筒(7)和应变仪(6)；其中的压力筒(7)为大型通用压力筒，其下端有筒底，其上端有筒盖(9)；压力筒(7)内有板条梁(1)，该板条梁悬吊于筒盖(9)的下方；筒盖(9)上有缆孔，缆孔内有电缆(5)，缆孔与电缆(5)间呈水密状相配合；板条梁(1)的中间上、下面上均贴有应变片(2)，电缆(5)的两端分别与板条梁(1)上面的应变片(2)和应变仪(6)相连；板条梁(1)下方有浮力材料试件(3)和压载块(4)，浮力材料试件(3)悬吊于板条梁(1)下面的应变片(2)上，压载块(4)悬吊于浮力材料试件(3)之下；其中的板条梁(1)为硬质铝合金。

2.根据权利要求1所述的高静水压力下浮力材料的浮力损失测试方法，其特征在于压力筒(7)内有两个吊杆(10)，两吊杆(10)上端固定在筒盖(9)的下表面相对两侧，它们的下端有吊钩，板条梁(1)两端置于该两吊钩内。

3.利用权利要求1所述装置测试高静水压力下浮力材料的浮力损失的方法，其特征在于依次包括以下步骤：

板条梁的选择

先选取至少5件板条梁(1)样品，并测得这些样品的应力-应变(σ-ε)曲线，得到板条梁(1)材料的杨氏弹性模量E的实测值；

对板条梁(1)进行标定，以测定板条梁(1)σ-ε变化的线性和重复性，最终择优选用；

应变值的测定

当压力筒(7)内工作压力p分别取0和极限深度工作压力时，分别从应变仪(6)上读取应变值ε₁和ε₂，则应变变化值Δε＝ε₂-ε₁；

应力值的换算

根据板条梁(1)的应力-应变(σ-ε)曲线，把板条梁(1)跨中的应变变化值Δε换算为应力变化值Δσ(＝E·Δε)；

浮力损失的确定

根据板条梁(1)跨中截面的弯距和应力计算公式，即

$M_P=\frac{\mathrm{Pl}}{4},$ 其中，l为板条梁(1)的长度(m)，l＝1m；

$\mathrm{\Δ\σ}=\frac{M_P\·z}{I_z},$ 其中，I_z为板条梁(1)跨中截面对中性轴的惯矩(m⁴)，I_z＝bh³/12＝5.4×10^-10(m⁴)；z为板条梁(1)上(下)表面至中性轴的距离(m)，z＝h/2＝0.003m；

分别计算出在板条梁(1)跨中的弯距M_P和集中力P，则浮力材料的浮力损失ΔF＝P。

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