CN103398760B - 一种测量三体船附连水质量的实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量三体船附连水质量的实验装置和方法，其实验装置包括三体船模型、支架（8）、支撑横梁（7）、激振器（5）、测量装置和信号处理系统（20），所述激振器（5）带动所述三体船模型振动，所述测量装置三体船模型的检测力信号和加速度信号；其方法通过测量整体试件在水中振动时的力和加速度信号，计算出三体船模型湿模态质量，与干模态质量相减，得到附连水质量。本发明装置结构简单，测量结果准确。本发明能利用相对较为简单的装置，准确测量出三体船的附连水质量，并能通过调节主片体连接构件，考察片体不同形状、不同距离、不同相对位置对附连水的影响，为预测三体船振动特性提供了依据。

Description

一种测量三体船附连水质量的实验装置和方法

技术领域

本发明涉及一种测量三体船附连水质量的实验装置。

背景技术

三体船是一种瘦长的船体，三个船体共享一个主甲板和上层结构，一般两侧船体较小，称为片体，中间的船体称为主体。三体船由于水动力特性好，甲板面积大等优点逐渐受到人们的关注。但由于船体与传统船体结构形式差异较大，不能直接用单体船的经验公式估算三体船的振动附连水质量，给三体船振动响应预报带来了困难。

现有的解决方案是将船体等效成圆柱体，利用刘易斯公式对附连水质量进行估计，在计算船体振动响应时，将这部分质量加到结构湿表面，然后开展模态计算，计算得出船体结构的固有频率。该方案将船体等效为圆柱体，对单体船还比较适用，但三体船结构特殊，增加了两个片体后对附连水影响较大，采用原有方式无法准确预测船体振动附连水质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种测量三体船附连水质量的实验装置和方法，其结构简单、测量结果准确。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种测量三体船附连水质量的实验装置，包括三体船模型、支架、支撑横梁、激振器、测量装置和信号处理系统，所述三体船模型固定在所述支架上，所述激振器和测量装置安装在所述支撑横梁上，所述激振器、测量装置与所述信号处理系统连接，所述支架通过上部构件与所述激振器连接，所述激振器带动所述三体船模型振动，所述测量装置三体船模型的检测力信号和加速度信号。

在本发明所述的测量三体船附连水质量的实验装置中，所述三体船模型包括主体、主支撑杆、辅支撑杆、分设在所述主体两侧的两个片体，所述主支撑杆的一端通过主体连接构件与所述主体连接，主支撑杆的另一端与所述辅支撑杆可伸缩连接，所述辅支撑杆的一端通过片体连接构件与所述片体连接。

在本发明所述的测量三体船附连水质量的实验装置中，所述主体连接构件通过螺帽与所述主体连接，所述片体连接构件通过螺帽与所述片体连接。

在本发明所述的测量三体船附连水质量的实验装置中，所述测量装置包括依次连接的阻抗头、电荷放大器和采集器，所述阻抗头与所述上部构件连接，所述采集器与所述信号处理系统连接。

在本发明所述的测量三体船附连水质量的实验装置中，所述激振器还与功率放大器连接，所述功率放大器与所述采集器连接。

在本发明所述的测量三体船附连水质量的实验装置中，所述主体的外部设有主体固定圆环，所述片体的外部设有片体固定圆环。

在本发明所述的测量三体船附连水质量的实验装置中，所述支架的底部设有配重块。

本发明还提供了一种使用上述实验装置测量三体船附连水质量的实验方法，包括以下步骤：

S1、称重得到干模态三体船模型的质量M₁；

S2、将三体船模型安装在支架上，支撑横梁固定在水池的池壁，将三体船模型没入水中；

S3、开启激振器，三体船模型在水中振动；

S4、通过测量装置检测整体试件振动时的加速度A₂和驱动力F₂；

S5、拆除三体船模型，重复所述步骤S3和S4，得到拆除三体船模型后的整体试件的加速度A₂和驱动力F₂；

S6、计算得到三体船模型振动时的附连水质量

实施本发明的测量三体船附连水质量的实验装置，具有以下有益效果：

1、通过测量整体试件在水中振动时的力和加速度信号，计算出三体船模型湿模态质量，与干模态质量相减，得到附连水质量；本发明装置结构简单，测量结果准确。

2、本发明能利用相对较为简单的装置，准确测量出三体船的附连水质量，并能通过调节主片体连接构件，考察片体不同形状、不同距离、不同相对位置对附连水的影响，为预测三体船振动特性提供了依据。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明测量三体船附连水质量的实验装置的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是三体船模型的侧视图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明测量三体船附连水质量的实验装置的结构框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-图6所示，本发明测量三体船附连水质量的实验装置，包括三体船模型、支架8、支撑横梁7、激振器5、测量装置和信号处理系统20。三体船模型固定在支架8上，激振器5和测量装置安装在支撑横梁7上，支撑横梁7可以固定在水池池壁12上。激振器5、测量装置与信号处理系统20连接，支架8通过上部构件4与激振器5连接。激振器5带动三体船模型振动，测量装置三体船模型的检测力信号和加速度信号。上部构件4及其下方的部件称为整体试件1。

进一步的，三体船模型包括主体10、主支撑杆17、辅支撑杆18、分设在主体10两侧的两个片体3，主支撑杆17的一端通过主体连接构件15与主体10连接，主支撑杆17的另一端与辅支撑杆18可伸缩连接，辅支撑杆18的一端通过片体连接构件13与片体3连接。主体连接构件15通过螺帽14与主体10连接，片体连接构件13通过螺帽14与片体3连接。主体10的外部设有主体固定圆环16，片体3的外部设有片体固定圆环19。通过调节辅支撑杆18与主支撑杆17的连接位置，可以调节片体3与主体10之间的距离。拧松螺帽14时，可以转动片体连接构件13和主体连接构件15，从而调节片体3与主体10的相对位置。

进一步的，测量装置包括依次连接的阻抗头6、电荷放大器23和采集器21，阻抗头6与上部构件4连接，采集器21与信号处理系统20连接。通过阻抗头6采集力信号和加速度信号，然后放大后通入采集器21，由信号处理系统20进行数据处理。

进一步的，激振器5还与功率放大器22连接，功率放大器22与采集器21连接。

进一步的，支架8的底部设有配重块2和下部支撑11，保证三体船模型能够没入水面9以下。

本发明还提供了一种使用上述实验装置测量三体船附连水质量的实验方法，包括以下步骤：

S1、称重得到干模态三体船模型的质量M₁；

S2、将三体船模型安装在支架上，支撑横梁固定在水池的池壁，将三体船模型没入水中；

S3、开启激振器，三体船模型在水中振动；

S4、通过测量装置检测整体试件振动时的加速度A₂和驱动力F₂；

S5、拆除三体船模型，重复所述步骤S3和S4，得到拆除三体船模型后的整体试件的加速度A₂和驱动力F₂；

S6、计算得到三体船模型振动时的附连水质量

本发明的一个具体实施例如下：测量一个主体直径为110mm，片体直径为63mm的三体船模型附连水的质量。

S1、用电子称称出PVC材料制成的三体船模型质量M₁为4.95kg。

S2、完成整个装置制作和连接。其中整体试件的放置在水池中，将三体船模型部分完全浸没，横梁固定在水池池壁上。激振器和阻抗头选用扬州科动公司的产品，电荷放大器、信号采集器采用BK公司的产品。水池内围尺寸8.00m×4.00m×3.15m。柱体下表面离水面的距离h＝0.66m。设定片体相对主体中置，距离为0.265m。调试测试系统，设置电荷放大系数，设置信号采集器灵敏度参数，通过敲击的方式测定系统的固有频率，经测定系统的前三阶固有频率分别约为6Hz、14Hz和22Hz。

S3、开启激振器，设定激振频率为4Hz。

S4、记录下力信号最大幅值F₁为7.42N和加速度信号最大幅值A₁为0.147m/s²。

S5、保持其他设备和激励不变，拆除三体船模型，并重新安装整体试件。

S5、重复步骤S3和S4，并记录下此时的力信号幅值F₂为7.72N和加速度信号幅值A₂为0.259m/s²。

S6、进行数据处理，此工况的附连水质量为：

$M=\frac{F_1}{A_1}-\frac{F_2}{A_2}-M_1=15.727\mathrm{kg}$

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种测量三体船附连水质量的实验装置，其特征在于，包括三体船模型、支架(8)、支撑横梁(7)、激振器(5)、测量装置和信号处理系统(20)，所述三体船模型固定在所述支架(8)上，所述激振器(5)和测量装置安装在所述支撑横梁(7)上，所述激振器(5)、测量装置与所述信号处理系统(20)连接，所述支架(8)通过上部构件(4)与所述激振器(5)连接，所述激振器(5)带动所述三体船模型振动，所述测量装置三体船模型的检测力信号和加速度信号；所述三体船模型包括主体(10)、主支撑杆(17)、辅支撑杆(18)、分设在所述主体(10)两侧的两个片体(3)，所述主支撑杆(17)的一端通过主体连接构件(15)与所述主体(10)连接，主支撑杆(17)的另一端与所述辅支撑杆(18)可伸缩连接，所述辅支撑杆(18)的一端通过片体连接构件(13)与所述片体(3)连接。

2.根据权利要求1所述的测量三体船附连水质量的实验装置，其特征在于，所述主体连接构件(15)通过螺帽(14)与所述主体(10)连接，所述片体连接构件(13)通过螺帽(14)与所述片体(3)连接。

3.根据权利要求1所述的测量三体船附连水质量的实验装置，其特征在于，所述测量装置包括依次连接的阻抗头(6)、电荷放大器(23)和采集器(21)，所述阻抗头(6)与所述上部构件(4)连接，所述采集器(21)与所述信号处理系统(20)连接。

4.根据权利要求3所述的测量三体船附连水质量的实验装置，其特征在于，所述激振器(5)还与功率放大器(22)连接，所述功率放大器(22)与所述采集器(21)连接。

5.根据权利要求1所述的测量三体船附连水质量的实验装置，其特征在于，所述主体(10)的外部设有主体固定圆环(16)，所述片体(3)的外部设有片体固定圆环(19)。

6.根据权利要求1所述的测量三体船附连水质量的实验装置，其特征在于，所述支架(8)的底部设有配重块(2)。

7.一种使用权利要求1中的实验装置测量三体船附连水质量的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、称重得到干模态三体船模型的质量M₁；

S2、将三体船模型安装在支架上，支撑横梁固定在水池的池壁，将三体船模型没入水中；

S3、开启激振器，三体船模型在水中振动；

S4、通过测量装置检测整体试件振动时的加速度A₂和驱动力F₂；

S5、拆除三体船模型，重复所述步骤S3和S4，得到拆除三体船模型后的整体试件的加速度A₂和驱动力F₂；

S6、计算得到三体船模型振动时的附连水质量