CN105115820A - 一种用于测试海冰压缩强度的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测试海冰压缩强度的装置，包括海冰压力试验机、加载系统及数据采集系统。压力试验包括海冰试样单轴压缩试验与海冰试样侧限压缩试验两项内容。本发明创造与现有技术相比，系统结构简单、加载采用无线遥控方式、各系统机构连接紧凑，能够避免分体式设备在加载及采集过程中的不稳定因素，提高试验结果的准确性；本发明创造在测试海冰压缩强度的同时，可以得到海冰试样温度，有助于进一步了解海冰与海上结构的相互作用机理及影响因素，有利于建造抗冰性能较强的海上结构。

Description

一种用于测试海冰压缩强度的装置

技术领域

本发明属于海洋工程领域，涉及一种用于测试海冰压缩强度的装置。

背景技术

海洋结构物所处环境较为复杂，受海冰、风、海浪、海流、潮汐荷载和地震荷载等因素的影响，其中，海冰对海上结构物的破坏最大，破坏方式包括挤压破坏、海冰撞击、冻结附着、摩擦及在有斜面结构物上的爬坡等，目前海洋平台在直立桩腿上加抗冰锥体，但这并不能显著增加海上结构物的抗冰能力。在极值冰力作用下，海洋结构物易被推倒；在交变冰力作用下会产生冰激结构振动，冰激结构振动能够导致海上结构物疲劳破坏，例如管节点的疲劳破坏、平台管线断裂、法兰松动等，同时冰激结构振动还会影响甲板上人员的舒适度、机械设备的稳定等。历史上发生过多起海冰推倒海上结构物，导致生产设备结构疲劳失效的工程事故，海冰对船体、平台和生产设备等造成重大威胁，严重阻碍供给船和运输油船的通行，给能源生产、安全管理和人员撤离等造成很大困难。因此，有必要研究海冰对海上结构物的作用力。

海冰对海上结构物的作用力大小取决于海冰的物理力学性质和结构物形状。海冰的物理力学性质包括海冰的盐度、密度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度等，针对不同海域海冰的物理力学性质设计海上结构物的结构形式，能够较好的减轻海冰对海上结构物的破坏，避免工程事故的发生。由于海冰垂直作用在结构物上的挤压强度最大，所以重点研究海冰的压缩强度，由此设计增强抗冰能力的结构物形状。

目前，海冰压缩装置大多采用分散设备组合而成，各设备在使用时需要相互连接调试，试验完毕后需要拆卸，试验准备工作繁杂，而且各设备之间的匹配性较差，试验过程中易出现故障。针对以上实际问题，本发明提出一套性能更加良好的装置。

发明内容

为提高测试结果的准确性，克服测试系统不稳定的缺点，本发明提供一种系统结构简单、稳定性较好的测试海冰压缩强度的装置，能够得到海冰试样压缩强度的精确数值及海冰试样的温度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于测试海冰压缩强度的装置，包括海冰压力试验机、加载系统及数据采集系统。

所述的海冰压力试验机包括：位于海冰压力试验机底部的机箱、位于机箱上表面的工作台、位于工作台两侧的竖直导轨和位于导轨之间的可移动横梁。导轨表面有螺纹，可做旋转运动。可移动横梁两端置于导轨上，可移动横梁借助导轨的螺旋运动沿导轨竖直运动；上压头垂直贯穿于可移动横梁中部，一端可与海冰试样接触，另一端连接压力传感器；海冰试样下端置于工作台的垫块上，压力传感器通过上压头获取测试结果；海冰试样通过限位板固定在工作台上，限位板用于限制海冰试样在试验过程中的横向变形。

所述的加载系统包括：位于机箱内的伺服电机、伺服控制器、传动机构和遥控盒。伺服控制器、伺服电机、传动机构在机箱内依次顺序连接，伺服控制器控制伺服电机的运行，伺服电机通过传动机构驱动机箱上方两侧导轨做旋转运动。遥控盒通过无线方式与伺服控制器连接，用于调节伺服电机的运转。

所述的数据采集系统包括：位于上压头上部的压力传感器、位于机箱内的数模转换器、位于工作台一端的红外温度测试仪、位于整套装置外的动态采集仪和显示系统。压力传感器、红外温度测试仪通过线路与数模转换器相连，数模转换器通过线路与外部的动态采集仪相连，显示系统与动态采集仪相连，用于显示测试过程中的压力及海冰试样的温度。

上述的装置测试海冰压缩强度的方法，包括以下步骤：

第一步：将海冰试样装夹于海冰压力试验机的固定位置，可根据不同的海冰试样类型选取对应的附属设备；所述海冰试样装夹方法有海冰试样单轴压缩装夹法和海冰试样侧限压缩装夹法。海冰试样单轴压缩装夹法用于测试海冰试样在自由状态下的压缩强度，海冰试样侧限压缩装夹法用于模拟海冰试样在受周围海冰相互挤压时的压缩强度，测得结果与单轴压缩装夹法所测压缩强度进行对比。

第二步：压力传感器数据清零，调整数据采集系统，通过遥控盒设定试验记载方式及参数，开始试验；

第三步：试验过程中通过数据采集系统对海冰试样破坏过程中的压力及温度进行全程记录；

第四步：海冰试样破坏后停止试验，保存当次试验数据，进行下一海冰试样的测试。

本发明用于测试海冰压缩强度的装置为小型可移动式设备，设备高度不超过1.2m，设备重量不超过100kg，在室内、室外都可以进行海冰试样便携式测试。

本发明在测试海冰压缩强度的同时，可以得到海冰温度数据，根据所得数据进一步分析温度对海冰压缩强度的影响，为冰区结构设计提供指导参考；与现有设备相比，该发明创造系统结构简单、加载采用无线遥控方式、各系统机构连接紧凑，能够克服由于试验机器及测试系统不稳定的缺点，提高试验结果的准确性。

附图说明

图1是海冰压力试验机装置示意图。

图2是海冰试样单轴压缩装夹示意图。

图3是海冰试样侧限压缩装夹示意图。

图中：1压力传感器；2可移动横梁；3上压头；4导轨；5垫块；6红外温度测试仪；7工作台；8机箱；9橡胶垫片；10海冰试样；11限位板。

具体实施方式

一种用于测试海冰压缩强度的装置，压力试验有单轴压缩试验法与侧限压缩试验法，海冰试样10的装夹方法有海冰试样单轴压缩装夹法和海冰试样侧限压缩装夹法，海冰试样10采用六面体，截面为正方形，高度尺寸方向保证为宽度的2.5倍。海冰压力试验机12在试验时保证放置于水平地面上，海冰压力试验机通过加载系统驱动可移动横梁2上下垂直移动，海冰压力试验机最大压缩力为50KN。将现场采取的海冰切割为试验所需的海冰试样10。

海冰试样10装夹过程为：将海冰试样10的上端及下端放置橡胶垫片9，海冰试样10竖直放置于海冰压力试验机下部的垫块5上，通过加载系统启动海冰压力试验机，将可移动横梁2垂直移动至海冰试样10上表面，将移动速率调慢，使上压头3压紧橡胶垫片9。对于侧限压缩试验，除上述步骤之外，需将海冰试样10两侧用限位板11固定，对海冰试样10进行水平方向限位。

完成海冰试样10装夹后将数据采集系统中的采集数据项全部清零。打开加载系统开关，可移动横梁2开始向下移动，开始对海冰试样10进行加载，同时，数据采集系统开始采集压力传感器1以及红外温度测试仪6的数据；海冰试样10破坏后可移动横梁2自动停止，数据采集系统停止采集试验数据并对数据进行记录。

Claims (4)

1.一种用于测试海冰压缩强度的装置，其特征在于：包括海冰压力试验机、加载系统及数据采集系统；

所述的海冰压力试验机包括：位于海冰压力试验机底部的机箱(8)、位于机箱上表面的工作台(7)、位于工作台(7)两侧的竖直导轨(4)和位于导轨(4)之间的可移动横梁(2)；导轨(4)表面有螺纹，可移动横梁(2)两端与导轨(4)活动连接，可移动横梁(2)可沿导轨(4)竖直运动；上压头(3)垂直贯穿于可移动横梁(2)中部，一端可与海冰试样(10)接触，另一端连接压力传感器(1)；海冰试样(10)下端置于工作台(7)的垫块(5)上，压力传感器(1)通过上压头(3)获取测试结果；海冰试样(10)通过限位板(11)固定在工作台(7)上，限位板(11)用于限制海冰试样(10)在试验过程中的横向变形；

所述的加载系统包括：位于机箱(8)内部的伺服电机、伺服控制器、传动机构和遥控盒；伺服控制器、伺服电机、传动机构在机箱(8)内依次顺序连接，伺服控制器控制伺服电机的运行，伺服电机通过传动机构驱动机箱(8)上方两侧导轨(4)做旋转运动，遥控盒通过无线方式与伺服控制器连接，用于调节伺服电机的运转；

所述的数据采集系统包括：位于上压头(3)上部的压力传感器(1)、位于机箱(8)内的数模转换器、位于工作台(7)一端的红外温度测试仪(6)、位于整套装置外的动态采集仪和显示系统；压力传感器(1)、红外温度测试仪(6)通过线路与数模转换器相连，数模转换器通过线路与外部的动态采集仪相连，显示系统与动态采集仪相连，用于显示测试过程中的压力及海冰试样(10)温度。

2.使用权利要求1所述的装置测试海冰压缩强度的方法，其特征在于以下步骤：

第一步：将海冰试样(10)装夹于海冰压力试验机的固定位置；

第二步：压力传感器(1)数据清零，调整数据采集系统，通过遥控盒设定试验记载方式及参数，开始试验；

第三步：试验过程中通过数据采集系统对海冰试样(10)破坏过程中的压力及温度进行全程记录；

第四步：海冰试样(10)破坏后停止试验，保存当次试验数据，进行下一海冰试样的测试。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于,将海冰试样(10)的上端及下端放置橡胶垫片(9)。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于,所述海冰试样(10)装夹方法有海冰试样单轴压缩装夹法和海冰试样侧限压缩装夹法。