CN103344393A - 一种落体砰击实验的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶技术领域，涉及一种落体砰击实验的实验装置，包括落体模型（9）、门式模型提升框架、滑轮组和抓手（8）、顶杆（15），滑轮组固定在门式模型提升框架上，抓手（8）固定在连接滑轮组的钢丝绳的前端，在落体模型（9）的上部固定有抓轴（16）；所述的抓手（8）包括两组上抓臂（12）和下抓臂（13），同侧的一组上抓臂（12）和下抓臂（13）各通过一个中间带孔的销轴（14）相连接，所述的两个销轴（14），一个销轴（14）中间的孔为螺纹孔（20），另一个销轴中间的孔为定位孔（21）。本发明提供的实验装置，对落体模型的提升和释放简单易用、安全可靠且成本低廉。

Description

一种落体砰击实验的实验装置

技术领域

本发明涉及一套落体砰击实验的实验装置，属于船舶技术领域，主要应用于船体局部结构水弹性砰击流固耦合的实验研究。

背景技术

船舶在恶劣的海况中航行，由于船体和波浪的剧烈相对运动，当船体结构出水再入水时会发生砰击现象（slamming），砰击会对船舶局部结构以及整体结构强度造成威胁，严重的砰击会导致发生砰击的局部结构（艏底、艏外飘等）破坏。砰击产生的瞬间水动力会引起船体梁的瞬态弹性振动，即颤振（whipping）。严重的颤振响应动力会在船体中部横剖面的强力甲板以及船底板上产生瞬间高应力。

通过落体砰击实验研究局部结构水弹性砰击时的流固耦合作用，得到合理的砰击压力载荷和结构动响应时空分布规律，对于提高高性能船舶，大型舰船的结构设计水平和航行安全性，具有重要的工程应用意义和科学理论价值。

对于局部结构水弹性砰击的模型实验，目前认为应变测量结果离散型小，是可行的，即能够用来研究砰击载荷对弹性结构的作用，但是对于落体砰击实验，模型的提升和释放是两个关键技术。一般的落体砰击模型实验，存在许多不足：

（1）提升和释放装置较为复杂，如采用起重装置，对辅助设备和场地要求很高，实验成本较大，不适合开展学术研究；

（2）结构复杂导致操作麻烦，还具有一定的危险性，如采用点火爆破方式释放结构，不利于开展重复实验；

（3）普通的砰击实验无法保证模型的垂直下落，因此测量结果会存在误差，数据的精度难以保证，不能完成实验的要求；

（4）实验装置功能单一，只能进行普通的垂直下落砰击实验，对于多角度落体砰击实验没有适用性，实验装置的利用率较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一套适用于落体砰击实验的实验装置，本发明提供的实验装置，对落体模型的提升和释放简单易用、安全可靠且成本低廉，并能在能够保证结构垂直下落的同时，进行多角度落体砰击实验。

本发明的技术方案如下：

一种落体砰击实验的实验装置，包括落体模型（9）、门式模型提升框架、滑轮组和抓手（8）、顶杆（15），滑轮组固定在门式模型提升框架上，抓手（8）固定在连接滑轮组的钢丝绳的前端，在落体模型（9）的上部固定有抓轴（16）；所述的抓手（8）包括两组上抓臂（12）和下抓臂（13），同侧的一组上抓臂（12）和下抓臂（13）各通过一个中间带孔的销轴（14）相连接，所述的两个销轴（14），一个销轴（14）中间的孔为螺纹孔（20），另一个销轴中间的孔为定位孔（21）；每个下抓臂（12）的端部内侧设置有凹槽（17），与所述的抓轴（16）的外部相咬合；所述的顶杆（15）分为较粗部位（18）和较细部位（19），较粗部位（18）带有与所述的螺纹孔（20）相配合的螺纹，较细部位（19）的粗细与所述的定位孔（21）的大小相配合。

作为优选实施方式，在需要释放抓手（8）时，顶杆（15）的较粗部位（18）穿过螺纹孔（20），较细部位（19）穿过定位孔（20），从较粗部位（18）旋进顶杆（15），使其顶在定位孔（20）处，从而将上抓臂（12）和下抓臂（13）向外顶开；

在所述的门式模型提升框架的内侧各固定有一根竖直的导向滑轨（6），在每个导向滑轨（6）上分别设置有导向滑块（5），导向滑块（5）连接在导向滑轨（6）和落体模型（9）之间；根据权利要求3所述的落体砰击实验的实验装置，其特征在于，所述的落体模型的两侧与导向滑块（5）相连接的部位，设置有弧形沟槽；所述的门式模型提升框架包括两个平行的三脚架（4）和连接在两个三脚架上端之间的上横梁（11），在三脚架（4）下方固定有可升降的垫块（2）。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明克服了普通落体砰击实验技术上的不足，该装置结构简单，无需其他辅助设备，完全利用模型自重提升模型，对场地要求也很低，适合开展水池实验，操作安全方便，单人即可完成全部实验步骤，实验装置功能多样，可同时完成垂直和转角度自由落体砰击实验，具有良好的重复性，实验精度较高，实验结果能够满足最终要求，造价低廉，具有良好的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为落体砰击实验装置的主视图。

图2为落体砰击实验装置的侧视图。

图3为抓手在抱死状态下的详细结构图。

图4为抓手在释放状态下的详细结构图。

图5顶杆结构示意图。

图中标号说明：1水池；2垫块；3地脚螺栓；4模型提升三脚架；5导向滑块；6导向滑轨；7滑轮系统；8抓手；9落体模型；10钢丝绳；11上横梁；12上抓臂；13下抓臂；14销轴；15顶杆；16抓轴；17凹槽；18顶杆较粗部位；19顶杆较细部位；20螺纹孔；21定位孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明提供了一套落体砰击实验装置，整体结构如图1、2所示，首先根据实验要求设计一个大小合适的水池1，在水池上方安装两个模型提升三脚架4，通过上横梁11组成一个门式框架结构，构成实验装置的主体结构；三脚架4由地脚螺栓3和钢丝绳10固定于水池壁上，在三脚架4下方安装可升降的垫块2，用来调整三脚架4的水平和垂直度；在模型9的侧壁上开口，通过导向滑块5将模型9固定在导向滑轨6上。

参见图3-5，抓手8主要包括两组上抓臂12和下抓臂13，每个同侧的一组上抓臂12和下抓臂13通过中间带孔的销轴14连接，每个下抓臂12的端部内侧设置有凹槽17，凹槽17的形状为凹进去的半圆柱形，两个下抓臂12的凹槽17相扣合后正好与抓轴16的外部相咬合。抓轴16的下端与落体模型9的上部固定连接。顶杆15的一端较粗，带有螺纹，另一端较细，两个中间带孔的销轴14，一个销轴14上的孔为螺纹孔20，与顶杆15较粗的一端18的螺纹相配合，另一个销轴上的孔为定位孔21，定位孔21的大小与顶杆15较细的一端19相配合。

实验时，将顶杆15从带有螺纹孔20的销轴14穿入，并使得较细部位19旋进定位孔21内，再通过手摇滑轮7，将抓手8下放，并穿过安装在模型9上部的抓轴16，然后再摇动滑轮7，将抓手8提升，抓手8的上抓臂12和下抓臂13会绕着销轴14转动，下抓臂13会因此夹紧抓轴16，模型9越重，抓手8的抓力越强，继续摇动滑轮7，利用模型9的自重将模型9提升至指定高度。

释放的时候，使顶杆15再慢慢旋进，使较粗部位18顶入，从而将上抓臂12和下抓臂13向外顶开，使整个抓手8的抓力消失，模型9自由下落。

由于模型9和导向滑块5之间，是通过螺栓连接，因此，将在模型9侧壁上开的圆孔扩大为圆弧型沟槽（图中未画出），在圆弧内改变导向滑块5固定模型9的位置，可以将模型9旋转一定角度，从而可以对同一模型9进行多角度落体砰击实验。

Claims (5)

1.一种落体砰击实验的实验装置，包括落体模型（9）、门式模型提升框架、滑轮组和抓手（8）、顶杆（15），滑轮组固定在门式模型提升框架上，抓手（8）固定在连接滑轮组的钢丝绳的前端，在落体模型（9）的上部固定有抓轴（16）；所述的抓手（8）包括两组上抓臂（12）和下抓臂（13），同侧的一组上抓臂（12）和下抓臂（13）各通过一个中间带孔的销轴（14）相连接，所述的两个销轴（14），一个销轴（14）中间的孔为螺纹孔（20），另一个销轴中间的孔为定位孔（21）；每个下抓臂（12）的端部内侧设置有凹槽（17），与所述的抓轴（16）的外部相咬合；所述的顶杆（15）分为较粗部位（18）和较细部位（19），较粗部位（18）带有与所述的螺纹孔（20）相配合的螺纹，较细部位（19）的粗细与所述的定位孔（21）的大小相配合。

2.根据权利要求1所述的落体砰击实验的实验装置，在需要释放抓手（8）时，顶杆（15）的较粗部位（18）穿过螺纹孔（20），较细部位（19）穿过定位孔（20），从较粗部位（18）旋进顶杆（15），使其顶在定位孔（20）处，从而将上抓臂（12）和下抓臂（13）向外顶开。

3.根据权利要求1所述的落体砰击实验的实验装置，其特征在于，在所述的门式模型提升框架的内侧各固定有一根竖直的导向滑轨（6），在每个导向滑轨（6）上分别设置有导向滑块（5），导向滑块（5）连接在导向滑轨（6）和落体模型（9）之间。

4.根据权利要求3所述的落体砰击实验的实验装置，其特征在于，所述的落体模型的两侧与导向滑块（5）相连接的部位，设置有弧形沟槽。

5.根据权利要求1所述的落体砰击实验的实验装置，其特征在于，所述的门式模型提升框架包括两个平行的三脚架（4）和连接在两个三脚架上端之间的上横梁（11），在三脚架（4）下方固定有可升降的垫块（2）。

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