CN104697737A - 一种海洋结构物入水砰击实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种海洋结构物入水砰击实验装置，包括结构物、动力系统、抛载系统、控制与测量系统、缓冲系统和基座，所述动力系统主要包括电机座、丝杠、竖直导轨、光轴和丝杠；所述抛载系统包括一级抛载滑架、二级抛载滑架、电磁铁和滑块；所述控制与测量系统主要包括计算机、数据采集器、稳压直流电源和上下限位开关，所述缓冲系统包括缓冲基座、弹簧减震器和缓冲平台，控制与测量系统通过电机运动及电磁铁磁力进行控制，实现一次抛载及二次抛载，结构物落入水中，安装在结构物上的压力传感器将测量数据通过数据采集器传回计算机。本发明装置结构简单，操作方便，运动平稳，适用于各类海洋结构物入水砰击实验。

Description

一种海洋结构物入水砰击实验装置

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程实验领域，尤其涉及一种海洋结构物入水砰击实验装置。

背景技术

水上飞机和宇宙飞船的水上着落、空投鱼雷的入水冲击、船舶在风浪中的砰击和海上救生艇的抛落等过程中，会激起周围流体介质的运动；反过来，流体介质对结构又施加各种反作用力.特别是在入水冲击初期瞬态间(毫秒级)过程中会遭受巨大的冲击载荷.这就涉及到结构人水冲击动力学问题。人水问题的研究对入水结构强度的设计起着重要作用：如空投或火箭助飞的水中兵器从空气介质侵入到流体介质的过程中，面临着冲击后结构损坏、器件失灵、忽扑和弹道失控等问题，高速船舶在航行过程中会受到很大的流体砰击载荷作用.可能导致局部结构失效.因此，入水冲击技术研究具有重要的工程应用背景，随着现代军事和民用航空航海领域的发展，得到了越来越多的关注，海洋结构物入水砰击是船舶与海洋工程领域的一个研究热点。

入水过程是一个十分复杂的物理现象.理论分析相当困难.实验研究作为一种直接有效的研究手段，对入水砰击问题有着良好的适用性。目前，根据入水前海洋结构物运动形式的不同，入水砰击主要可分为自由落体入水、匀速入水、强迫运动入水三种形式。不同的入水形式对考验着抛载机构的运动和控制能力。过去，抛载机构往往只能单一的工作模式，这极大的提高了实验成本。

发明内容

本发明的目的是为了更加真实的还原海洋结构物入水砰击过程方便对结构物的压力变换的研究而提供一种海洋结构物入水砰击实验装置。

本发明的目的是这样实现的：包括基座、结构物、安装在基座中间位置的电机基座、安装在电机基座下端的电机、与电机输出轴相连的丝杠、套装在丝杠上的一级抛载滑架、安装在基座两侧的两根竖直导轨、对称安装在两根竖直导轨上的四个滑块和固定安装在四个滑块上的二级抛载滑架，所述一级抛载滑架上设置第一电磁铁，二级抛载滑架上设置有第二电磁铁，且一级抛载滑架与二级抛载滑架通过第一电磁铁连接，结构物通过第二电磁铁与二级抛载滑架连接，且所述结构物上设置有压力传感器，在基座的上端设置上限位开关，电机基座上设置下限位开关，所述基座的上端与电机基座之间还安装有光轴，所述光轴穿过一级抛载滑架且与丝杠平行，所述压力传感器、上限位开关、下限位开关分别与外部控制电路的稳压直流电源、数据采集器和计算机连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述基座上还安装有缓冲基座，且缓冲基座与电机基座对称位于基座的两端的同一水平位置，所述缓冲基座的四个角上分别设置有弹簧减震器，四个弹簧减震器的上表面上安装有缓冲平台，缓冲平台上设置有橡胶块。

2.上限位开关和下限位开关分别通过环氧树脂与基座和电机基座连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：上述海洋结构物入水砰击实验装置结构简单，制作和操作方便，运动精度高，稳定性好，易于控制，测量精度高，能够模拟不同速度下的结构物入水砰击情况，特别是在强迫运动入水砰击实验中表现出色，可以更好的满足实验对于海洋结构物入水砰击模拟的需求，具有良好的实用性和市场价值。也即本发明能够完成结构物的不同入水形式要求，并监测结构物运动形式及入水后表面压力，从而多方面的海洋结构物入水过程及破坏机理，特别是能够捕捉结构物在入水后的运动及压力变化情况，

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图一；

图2是本发明的总体结构示意图二；

图3是本发明的侧面结构示意视图；

图4是本发明的缓冲系统的结构示意图；

图5是本发明的电机基座的结构示意图；

图6是本发明的一级抛载滑架的结构示意图；

图7是本发明的二级抛载滑架结构示意图；

图8是本发明的基座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施案例一：结合图1至图3、图5至图8，本发明包括基座12、结构物7、安装在基座12中间位置的电机基座16、安装在电机基座16下端的电机18、与电机18输出轴相连的丝杠13、套装在丝杠13上的一级抛载滑架14、安装在基座12两侧的两根竖直导轨9-1和9-2、对称安装在两根竖直导轨9-1和9-2上的四个滑块5和固定安装在四个滑块5上的二级抛载滑架6，所述一级抛载滑架14套装在丝杠13是指一级抛载滑架14通过设置的丝杠螺母22套装在丝杠13上，所述一级抛载滑架14上设置第一电磁铁20-1，二级抛载滑架6上设置有第二电磁铁20-2，且一级抛载滑架14与二级抛载滑架6通过第一电磁铁20-1连接，结构物7通过第二电磁铁20-2与二级抛载滑架6连接，且所述结构物7上设置有压力传感器，在基座12的上端设置上限位开关11，电机基座16上设置下限位开关4，所述基座12的上端与电机基座16之间还安装有光轴8，所述光轴8穿过一级抛载滑架14且与丝杠13平行，所述压力传感器、上限位开关11、下限位开关4分别与外部控制电路的稳压直流电源3、数据采集器2和计算机1连接，且本发明的上限位开关11和下限位开关4分别通过环氧树脂与基座12和电机基座16连接。

实施案例二：基于上述实施例并结合图4，本发明还可以是：还包括缓冲系统，缓冲系统包括缓冲基座24、弹簧减震器15、缓冲平台23和橡胶块21，其中所述缓冲基座24焊接于基座12的垂向框架31中，与电机基座16顶板相平，所述弹簧减震器15安装于缓冲基座24上，其上与缓冲平台23相连，所述橡胶块21通过树脂粘接于缓冲平台23上，也即所述基座12上还安装有缓冲基座24，且缓冲基座24与电机基座16对称位于基座12的两端的同一水平位置，所述缓冲基座24的四个角上分别设置有弹簧减震器15，四个弹簧减震器15的上表面上安装有缓冲平台23，缓冲平台23上设置有橡胶块。

综上，结合实施案例一和实施案例二，本发明提供的一种海洋结构物入水砰击实验装置，包括结构物7、动力系统、抛载系统、控制与测量系统、缓冲系统和基座；所述结构物7为实验对象，其上安装有压力传感器，其能够在二级抛载滑架6的带动下进行运动；所述抛载系统能够在控制系统与动力系统的作用下沿竖直导轨9-1和9-2进行抛载作业；所述动力系统为整个系统提供动力；所述控制与测量系统对抛载机构的运动进行控制并采集和保存数据；所述缓冲系统能够减少二次抛载滑架6对基座12的砰击；所述基座12将为各单元提供支撑，从而将各单元组成一个整体。

如图1所示，所述结构物7为一简化的楔形体实验模型，在结构物7的两侧壁上安装有压力传感器，结构物7整体采用5mm厚亚克力板制作而成，各板材之间采用丙酮粘结而成。结构物7顶板通过一铁板与二级抛载滑架6上的第二电磁铁20-2相连。

如图5所示：所述电机基座16包括电机基座底板29、电机基座顶板28、电机安装板27、电机基座侧壁26和电机基座肋板25，各板材之间采用焊接形式进行连接。

如图8所示：所述基座包括基座底框架33、垂向框架31、顶部横梁32、斜支柱30和支撑脚19。

所述动力系统包括电机基座16、丝杠13、竖直导轨9-1和9-2、光轴8、丝杠上支撑座10、丝杠下支撑座17、丝杠13和丝杠螺母22，其中电机基座16安装于基座12上，为整个动力系统提供结构支撑，电机18安装于电机基座16内，丝杠13通过两个分别固定于基座12的顶部横梁32及电机基座16上的丝杠上支撑座10和丝杠下支撑座17与基座12和电机基座16相连，丝杠13与一级抛载滑架14之间设置有丝杠螺母22，具体的说是丝杠螺母固定安装在一级抛载滑架14上，光轴8与丝杠13平行，其用于防止一级抛载滑架14在丝杠13上运动时发生旋转。

所述抛载系统由一级抛载滑架14、二级抛载滑架6、第一电磁铁20-1、第二电磁铁20-2、滑块5组成。其中两块电磁铁分别安装于一级抛载滑架14及二级抛载滑架6前段中部，一级抛载滑架14上的第一电磁铁20-1与二级抛载滑架6的后端横梁相连，二级抛载滑架6上的第二电磁铁20-2与结构物7相连。

所述控制与测量系统包括计算机1、数据采集器2、稳压直流电源3、上限位开关11和下限位开关4，其中两个限位开关分别固定在基座12顶端及电机基座16上，采用环氧树脂粘接。控制与测量系统通过电机运动及两个电磁铁磁力进行控制，实现一次抛载及二次抛载，结构物7落入水中，安装在结构物7上的压力传感器将测量数据通过数据采集器传回计算机。

本发明的工作原理简述如下：首先，根据实验需要确定所需结构物7的运动形式，通过控制与测量系统控制电机18旋转；随后，电机18带动丝杠13旋转牵引一级抛载滑架14运动，从而带动二级抛载滑架6一起运动；在抛载滑架向下运动过程中，通过控制两个电磁铁的磁力开关，从而进行抛载作业；具体的说是通过控制一级抛载滑架14上第一电磁铁20-1的磁力，从而实现对二级抛载滑架6的抛载操作；二级抛载滑架6将牵引结构物7沿竖直导轨9-1和9-2做规定运动，从而确保结构物7运动的稳定性，在即将入水时，二级抛载滑架6上的第二电磁铁20-2将断开，实现与结构物7的分离，结构物7与二级抛载滑架6分离后将进入水中；最后通过安装于结构物7两侧壁内的压力传感器，便可实现对结构物7壁面压力的获取。整个过程中，两个限位开关将确保抛载机构在丝杠13的量程内运动，一旦限位开关触发，整个系统电路将被切断，保证整个装置的运动可靠性。

Claims (3)

1.一种海洋结构物入水砰击实验装置，其特征在于：包括基座、结构物、安装在基座中间位置的电机基座、安装在电机基座下端的电机、与电机输出轴相连的丝杠、套装在丝杠上的一级抛载滑架、安装在基座两侧的两根竖直导轨、对称安装在两根竖直导轨上的四个滑块和固定安装在四个滑块上的二级抛载滑架，所述一级抛载滑架上设置第一电磁铁，二级抛载滑架上设置有第二电磁铁，且一级抛载滑架与二级抛载滑架通过第一电磁铁连接，结构物通过第二电磁铁与二级抛载滑架连接，且所述结构物上设置有压力传感器，在基座的上端设置上限位开关，电机基座上设置下限位开关，所述基座的上端与电机基座之间还安装有光轴，所述光轴穿过一级抛载滑架且与丝杠平行，所述压力传感器、上限位开关、下限位开关分别与外部控制电路的稳压直流电源、数据采集器和计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋结构物入水砰击实验装置，其特征在于：所述基座上还安装有缓冲基座，且缓冲基座与电机基座对称位于基座的两端的同一水平位置，所述缓冲基座的四个角上分别设置有弹簧减震器，四个弹簧减震器的上表面上安装有缓冲平台，缓冲平台上设置有橡胶块。

3.根据权利要求1或2所述的一种海洋结构物入水砰击实验装置，其特征在于：上限位开关和下限位开关分别通过环氧树脂与基座和电机基座连接。