CN103018006A

CN103018006A - 船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置及方法

Info

Publication number: CN103018006A
Application number: CN2012105647023A
Authority: CN
Inventors: 汪雪良; 顾学康; 胡嘉骏; 徐春; 耿彦超
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-03

Abstract

船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置及方法属于船模波浪载荷测试技术领域，本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置包括测量梁，测量梁的测量剖面处的梁表面上设有应变片，测量梁一端固定在支架上，另一端通过钢丝绳悬挂托盘，托盘上可放置砝码；本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定方法通过分级加载再分级卸载砝码的方式，采集各测量剖面的应变，再计算出砝码作用力与应变的拟合系数，并最终由拟合系数、测量剖面与悬挂端的间距，计算出测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷中弯矩的关系系数。本发明可对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷中的弯矩之间的关系系数进行标定。

Description

船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置及方法

技术领域

本发明涉及分段型船模波浪载荷测试技术领域，具体涉及用于对测量梁上各测量剖面的应变与船模各测量剖面遭受的波浪载荷之间的关系进行标定的装置及方法，尤其涉及对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的弯矩之间的关系进行标定的装置及方法。

背景技术

波浪载荷测试系统主要用于测量波浪剪力、弯矩、扭矩和砰击压力，涉及船模自身结构设计和测试系统设计两方面，现阶段用于试验的船模结构设计主要包括连续型船模、分段型船模和整体弹性船模这三种，而其中，分段型船模的设计更能适合波浪载荷的试验目的。在利用分段型模型进行波浪载荷试验的方法中，可利用阻力或耐波性试验模型，在欲测量波浪弯矩的横剖面处断开，并以一定弯曲刚度的金属测量梁来牢固连接船模纵向分割的各个分段，通过与船模分段切口对应的金属梁上粘贴的应变片和外部应变仪，将船模本身在波浪中遭受的弯矩以应变的形式反映出来，再通过一系列计算式计算出波浪弯矩和扭矩。上述测试方法是基于金属梁上测到的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷之间存在着某种对应关系，因此在测试之前，即将测量梁安装到船模上进行试验之前，需要确定每个测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷的对应关系系数，而目前用于确定所述对应关系系数的装置和方法还存在很大的研究空间。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置及方法，其可对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷中的弯矩之间的关系系数进行标定。

本发明的技术方案如下：

本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，包括测量梁，测量梁的测量剖面处的梁表面上设有应变片，测量梁一端固定在支架上，另一端通过钢丝绳悬挂有托盘，托盘上可放置砝码。

其进一步技术方案为：

所述测量梁为圆形金属管。

所述测量梁为“工”字金属梁或方形金属梁。

所述应变片沿测量梁测量剖面处的梁表面以90°均布，且位于测量梁测量剖面直径上的两片应变片为半桥连接。

所述应变片设置在测量梁测量剖面处的梁表面的上、下两个位置，且所述两片应变片半桥连接。

本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定方法，包含以下步骤：

第一步，将粘贴有应变片的测量梁一端固定在支架上，使应变片中的一片朝上，测量梁另一端通过钢丝绳悬挂托盘，令i表示测量剖面，测量出钢丝绳的悬挂端与测量梁每一测量剖面之间的距离L_i；

第二步，在托盘上分级加载砝码后，再分级卸载砝码，应用外部动态应变仪和计算机控制系统采集测量梁各测量剖面的应变输出U_i0，U_i1，……，U_im，m为加载和卸载的总级数；

第三步，重复第二步，即在托盘上重复分级加载、卸载砝码并采集应变输出数据，操作n次，则测量梁的每一个测量剖面均得到相应n大组的应变输出数据；

第四步，对第二步和第三步中采集的数据进行分析，首先对测量梁的每一个测量剖面的n大组的砝码作用力及应变输出数据分别采用最小二乘法进行拟合，则每一个测量剖面可以得到n个拟合系数Fv_1i，Fv_2i，……，Fv_ni，则分段型船模的每一个分段测量剖面的垂向弯矩Mv_i的标定系数Cv_i=（Fv_1i+Fv_2i+……+Fv_ni）*L_i/n；

第五步，将第一步中的测量梁的横剖面旋转90°后，将测量梁的一端固定在支架上，第一步中的所述距离Li保持不变；

第六步，重复第二步、第三步，在第四步中得出测量梁的每一个测量剖面的n个拟合系数Fh_1i，Fh_2i，……， Fh_ni，由此得出分段型船模的每一个分段测量剖面的水平弯矩Mh_i的标定系数Ch_i=（Fh_1i+Fh_2i+……+Fh_ni）*L_i/n，。

其进一步技术方案为：

所述第五步至第六步中，所述测量梁采用圆形金属管。

从所述第二步至第三步，总共操作的次数n至少为三次。

本发明的技术效果：

本发明可以实现对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷中的弯矩之间的关系系数进行标定，且结构简单，操作方便。

附图说明

图1为分段型船模与测量梁的装配示意图。

图2为本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置的结构示意图。

图3为圆形金属管测量梁的测量剖面及应变片的布置示意图。

图4为“工”字金属测量梁的测量剖面及应变片的布置示意图。

图5为方形金属测量梁的测量剖面及应变片的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

在对测量梁1各测量剖面7的应变—弯矩系数进行标定前，先要根据分段型船模8的分段测量剖面位置精确定位出测量梁1的各个测量剖面7的位置，即测量梁1的测量剖面7与分段型船模8的分段测量剖面相对应，见图1，图1为分段型船模8与测量梁1的装配示意图，图中船模8分成4段，通过测量梁1下方的刚性固定基座9将船模8的各分段连接起来，且测量梁1的各测量剖面7与分段型船模8的各分段测量剖面位置一一对应。

见图2，本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，包括测量梁1，测量梁1的测量剖面7处的梁表面上设有应变片2，测量梁1一端通过卡扣固定在支架3上，另一端通过钢丝绳4悬挂托盘5，托盘5上可放置砝码6。

当要对测量梁1的垂向弯矩Mv和水平弯矩Mh同时进行标定时，测量梁1宜采用圆形金属管，且测量梁1的测量剖面7处的梁表面上设有四片应变片2，见图3，应变片2沿测量梁1测量剖面7处的梁表面以90°均布，且位于测量梁1测量剖面7直径上的两片应变片2为半桥连接。当要对测量梁1的水平弯矩Mh进行标定时，则只需将进行垂向弯矩Mv标定时装配的测量梁1旋转90°装配即可。

当只需要对测量梁1的垂向弯矩Mv进行标定时，则测量梁1还可以采用“工”字金属梁或方形金属梁，测量梁1的测量剖面7处的梁表面上设有两片应变片2，而且可以采用单梁形式，也可以采用双梁形式进行标定。当采用单梁形式进行标定时，见图4、图5，应变片2设置在测量梁1测量剖面7处的梁表面的上、下两个位置，且所述两片应变片2为半桥连接；当采用双梁形式进行标定时，测量梁1的数量为两根，两根测量梁1并排安装，见图4、图5，所述应变片2设置在测量梁1测量剖面7处的梁表面的上、下两个位置，两根测量梁1对应测量剖面位置上的四片应变片2为全桥连接。

本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定方法包含以下步骤：

第一步，将粘贴有应变片2的测量梁1一端固定在支架3上，使应变片2中的一片朝上，测量梁1另一端通过钢丝绳4悬挂托盘5，令i表示测量剖面7，测量出钢丝绳4的悬挂端与测量梁1每一测量剖面7之间的距离L_i；

第二步，在托盘5上分级加载砝码6后，再分级卸载砝码6，应用外部动态应变仪和计算机控制系统采集测量梁1各测量剖面7的应变输出U_i0，U_i1，……，U_im，m为加载和卸载的总级数；

第三步，重复第二步，即在托盘5上重复分级加载、卸载砝码6并采集应变输出数据，操作n次，则测量梁1的每一个测量剖面7均得到相应n大组的应变输出数据；

第四步，对第二步和第三步中采集的数据进行分析，首先对测量梁1的每一个测量剖面7的n大组的砝码作用力及应变输出数据分别采用最小二乘法进行拟合，则每一个测量剖面7可以得到n个拟合系数Fv_1i，Fv_2i，……， Fv_ni，Fv_ni为砝码作用力与应变输出的拟合系数，则分段型船模8的每一个分段测量剖面的垂向弯矩Mv_i的标定系数Cv_i=（Fv_1i+Fv_2i+……+Fv_ni）* L_i/n；

第五步，将第一步中的测量梁1的横剖面旋转90°后，将测量梁1的一端固定在支架3上，第一步中的所述距离Li保持不变；

第六步，重复第二步、第三步，在第四步中得出测量梁1的每一个测量剖面7的n个拟合系数Fh_1i，Fh_2i，……， Fh_ni，由此得出分段型船模8的每一个分段测量剖面的水平弯矩Mh_i的标定系数Ch_i=（Fh_1i+Fh_2i+……+Fh_ni）* L_i/n。

具体地，从所述第二步至第三步，总共操作的次数n至少为三次，即加载、卸载的总操作次数至少三次；在所述第五步至第六步中，所述测量梁1采用圆形金属管，即需要对测量梁1的垂向弯矩Mv和水平弯矩Mh同时进行标定时，测量梁1宜采用圆形金属管。

当对测量梁1的垂向弯矩Mv采用双梁形式进行标定时，在所述第一步中，两根测量梁1并排安装，两根测量梁1的另一端中间位置悬挂一根带有托盘5的钢丝绳4，且两根测量梁1对应测量剖面位置上的四片应变片2为全桥连接，在所述第二步至第三步中，托盘5上分级加载、卸载的砝码6应是单梁形式时的两倍，应变输出采集以及采集数据的处理与所述第四步的操作方法相同。

本发明可以实现对测量梁1各测量剖面7的应变与船模8各测量剖面实际遭受的波浪载荷中的弯矩之间的关系系数进行标定，且结构简单，操作方便。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims

1.船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，包括测量梁（1），测量梁（1）的测量剖面（7）处的梁表面上设有应变片（2），其特征在于：测量梁（1）一端固定在支架（3）上，另一端通过钢丝绳（4）悬挂有托盘（5），托盘（5）上可放置砝码（6）。

2.按权利要求1所述的船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，其特征在于：所述测量梁（1）为圆形金属管。

3.按权利要求1所述的船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，其特征在于：所述测量梁（1）为“工”字金属梁或方形金属梁。

4.按权利要求2所述的船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，其特征在于：所述应变片（2）沿测量梁（1）测量剖面（7）处的梁表面以90°均布，且位于测量梁（1）测量剖面（7）直径上的两片应变片（2）为半桥连接。

5.按权利要求3所述的船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定装置，特征在于：所述应变片（2）设置在测量梁（1）测量剖面（7）处的梁表面的上、下两个位置，且所述两片应变片（2）为半桥连接。

6.船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定方法，其特征在于，包含以下步骤：

第一步，将粘贴有应变片（2）的测量梁（1）一端固定在支架（3）上，使应变片（2）中的一片朝上，测量梁（1）另一端通过钢丝绳（4）悬挂托盘（5），令i表示测量剖面（7），测量出钢丝绳（4）的悬挂端与测量梁（1）每一测量剖面（7）之间的距离L_i；

第二步，在托盘（5）上分级加载砝码（6）后，再分级卸载砝码（6），应用外部动态应变仪和计算机控制系统采集测量梁（1）各测量剖面（7）的应变输出U_i0，U_i1，……，U_im，m为加载和卸载的总级数；

第三步，重复第二步，即在托盘（5）上重复分级加载、卸载砝码（6）并采集应变输出数据，重复操作n次，则测量梁（1）的每一个测量剖面（7）均得到相应n大组的应变输出数据；

第四步，对第二步和第三步中采集的数据进行分析，首先对测量梁（1）的每一个测量剖面（7）的n大组的砝码作用力及应变输出数据分别采用最小二乘法进行拟合，则每一个测量剖面（7）可以得到n个拟合系数Fv_1i，Fv_2i，……， Fv_ni，则分段型船模（8）的每一个分段测量剖面的垂向弯矩Mv_i的标定系数Cv_i=（Fv_1i+Fv_2i+……+Fv_ni）*L_i/n;

第五步，将第一步中的测量梁（1）的横剖面旋转90°后，将测量梁（1）的一端固定在支架（3）上，第一步中的所述距离Li保持不变；

第六步，重复第二步、第三步，在第四步中得出测量梁（1）的每一个测量剖面（7）的n个拟合系数Fh_1i，Fh_2i，……， Fh_ni，由此得出分段型船模（8）的每一个分段测量剖面的水平弯矩Mh_i的标定系数Ch_i=（Fh_1i+Fh_2i+……+Fh_ni）*L_i/n。

7.按权利要求6所述的船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定方法，特征在于：所述第五步至第六步中，所述测量梁（1）采用圆形金属管。

8.按权利要求6所述的船模波浪载荷试验用测量梁的弯矩标定方法，特征在于：从所述第二步至第三步，总共操作的次数n至少为三次。