CN103674467A - 船舶结构冲击实验边界条件模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种船舶结构冲击实验边界条件模拟装置。包括两个水平平板和两个垂直平板，每个水平平板与垂直平板通过三角形支撑板连接形成两个直角“L”型架，每个垂直平板内侧中央设置边界刚固板，边界刚固板上设置用于试验构件固定的工装，试验梁模型的两端分别固定于两个直角“L”型架之间。本发明利用钢板在水中沿板面法向运动产生巨大附加质量的原理，通过结构产生的附加质量来代替模型实际受到的边界约束，可以得到刚性固定边界的附加惯性力及力矩。本发明能很好的模拟模型两端刚性固定的边界条件。本发明还具有构造简单、便于加工和装配，便于质量控制的优点。

Description

船舶结构冲击实验边界条件模拟装置
技术领域
本发明涉及的是一种船舶结构冲击实验模拟装置。
背景技术
船舶板架的局部强度水下爆炸冲击作用下动力响应的研究近年来已成为船舶生命力方向研究的重点。其中最直观，最精准的研究方法莫过于模型试验验证。现阶段由于试验设备难以满足要求、模型相似率问题没得到完全解决等原因，模型试验不能完全模拟实际船舶受水下冲击载荷的工况。实验结果难以衡量实际船舶结构的抗冲击能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以得到刚性固定边界的附加惯性力及力矩，构造简单、便于加工和装配，便于质量控制的船舶结构冲击实验边界条件模拟装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括两个水平平板和两个垂直平板，每个水平平板与垂直平板通过三角形支撑板连接形成两个直角“L”型架，每个垂直平板内侧中央设置边界刚固板，边界刚固板上设置用于试验构件固定的工装，试验梁模型的两端分别固定于两个直角“L”型架之间。
本发明还可以包括：
1、所述水平平板为由上面板、下面板和复合圆柱组成，上面板与下面板通过复合圆柱支撑构成复合结构板，上下面板与复合圆柱相交处为吸附栅格孔组成栅格状。
2、栅格在上下面板对称分布，上下面板的中间部位有一条非空心的条状带。
3、每个水平平板与垂直平板通过3个三角形支撑板连接，垂直平板与三角形支撑板连接处设有加强肘板。
本发明利用钢板在水中沿板面法向运动产生巨大附加质量的原理，通过结构产生的附加质量来代替模型实际受到的边界约束，可以得到刚性固定边界的附加惯性力及力矩。
同时由于在复合结构水平平板上设置垂向质量吸附栅格的，即使板材运动，其产生的附加质量也会很大，进一步加大整个结构的运动阻尼，从而能大大削弱整个结构弯曲、扭转及垂向的运动，从而能很好的模拟模型两端刚性固定的边界条件。
此外，本发明还具有构造简单、便于加工和装配，便于质量控制的优点。
本发明的设计原理及准则为：
抗冲击实验刚性固定边界条件模拟装置机理是利用钢板在水中沿板面法向运动产生巨大附加质量的原理，通过结构产生的附加质量来代替模型实际受到的边界约束。实验模型受到下方的爆炸冲击载荷时，计算时主要考虑模型的平面内的弯曲运动和垂向的平移运动即可。此时只须计算出两块平板在各自法线方向的附加质量，便可得出此装置对模型动力响应的影响。
在实验机构受到外部水下强冲击载荷作用下，利用大面积板材在水中沿板面法线方向运动过程中会产生巨大阻力，同时由于垂向质量吸附栅格和复合结构水平板的存在，即使板材运动，其产生的附加质量也会很大，进一步加大整个结构的运动阻尼，从而能大大削弱整个结构弯曲、扭转及垂向的运动，从而能很好的模拟模型两端刚性固定的边界条件。
在设计实验边界条件模拟装置时，总体原则如下：
1）结构设计应足够减缓实验设备的运动，削弱结构垂向运动；
2）结构设计通过计算应得到实验构件两端的附加惯性力及力矩。
3）结构设计有利于减少实验机构的总质量；
4）结构设计有利于模型加工与安装的便捷；
基于以上实验机构设计原理及准则，本发明装置在结构设计上进行创新：为了增大水平平板受冲击载荷作用下产生的附加质量，将其设计成复合夹层板形式，内设圆柱栅格孔，用于增大整个结构运动阻尼，从而能大大削弱整个结构弯曲、扭转及垂向的运动，很好的模拟模型两端刚性固定的边界条件；设置垂直平板以得到实验构件两端附加惯性力矩。同时，在结构的连接处设置中部及侧部支撑板及加强肘板以满足实验装置刚度要求。
附图说明
图1为本发明的边界条件模拟试验装置的立体结构示意图。
图2a是本发明的边界条件模拟试验装置的个直角“L”型架的主视图。
图2b是图2a的左视图。
图2c是图2a的俯视图。
图3是复合结构板的水平平面图。
图4是图3的A部放大图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
结合图1-图4，本发明的船舶结构冲击实验边界条件模拟装置包括两个水平平板2和两个垂直平板3，每个水平平板与垂直平板通过三角形支撑板连接形成两个直角“L”型架，每个垂直平板内侧中央设置边界刚固板4，边界刚固板上设置用于试验构件固定的工装，试验梁模型1的两端分别固定于两个直角“L”型架之间。
水平平板为由上面板9、下面板10和复合圆柱11组成，上面板与下面板通过复合圆柱支撑构成复合结构板，上下面板与复合圆柱相交处为吸附栅格孔5组成栅格状。栅格在上下面板对称分布，上下面板的中间部位有一条非空心的条状带。每个水平平板与垂直平板通过3个三角形支撑板、即两个侧部三角形支撑板7和一个中间三角形支撑板6连接，垂直平板与三角形支撑板连接处设有加强肘板8。
本具体实施方式的特点如下：
1、试验机构边界条件模拟装置具体结构形式如图1所示。试验试件两端各设置水平平板和垂直平板并呈直角“L”型；三个三角形支撑板连接水平及垂直平板；垂直平板与支撑板连接处设有加强肘板保证刚度。
2、水平平板设置成复合结构板。复合结构板具体形式如图3、4所示。复合结构板由上下面板和复合结构组成。复合结构为圆柱状结构，上下面板与复合结构相交处设置为空心组成栅格状。当冲击载荷作用于试验装置时，利用大面积板材在水中沿板面法线方向运动过程中会产生巨大阻力，同时由于垂向质量吸附栅格的存在，即使板材运动，其产生的附加质量也会很大，进一步加大整个结构的运动阻尼。靠近中间部位空出若干空间不设置栅格保证中间支撑板与水平平板相交处强度及刚度要求。
3、垂直平板为光滑钢制平板，与三个支撑板与水平平板紧密连接。垂直平板内侧中央设置边界刚固板用于固定试验构件。实际操作时，边界刚固板上设置固定工装将试验构件固定夹紧。
4、其它附属连接结构用于连接支撑主要构件，保证其刚度。中间及侧部支撑板连接水平平板与垂直平板，一方面将复合结构水平平板上的载荷传递到垂直平板及边界刚固板上；另一方面保证其承受冲击载荷时牢固紧密地连接，不至于产生结构变形导致二者位置上不垂直导致的边界条件无法正确模拟。设置加强肘板保证中间支撑板底部刚度要求。另外各个连接板都通过焊接方式连接。

Claims (4)

1.一种船舶结构冲击实验边界条件模拟装置，其特征是：包括两个水平平板和两个垂直平板，每个水平平板与垂直平板通过三角形支撑板连接形成两个直角“L”型架，每个垂直平板内侧中央设置边界刚固板，边界刚固板上设置用于试验构件固定的工装，试验梁模型的两端分别固定于两个直角“L”型架之间。
2.根据权利要求1所述的船舶结构冲击实验边界条件模拟装置，其特征是：所述水平平板为由上面板、下面板和复合圆柱组成，上面板与下面板通过复合圆柱支撑构成复合结构板，上下面板与复合圆柱相交处为吸附栅格孔组成栅格状。
3.根据权利要求2所述的船舶结构冲击实验边界条件模拟装置，其特征是：栅格在上下面板对称分布，上下面板的中间部位有一条非空心的条状带。
4.根据权利要求1、2或3所述的船舶结构冲击实验边界条件模拟装置，其特征是：每个水平平板与垂直平板通过3个三角形支撑板连接，垂直平板与三角形支撑板连接处设有加强肘板。
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