CN105806578A - 一种液压作动式液舱晃荡试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液压作动式液舱晃荡试验装置，包括地基、液压作动器、剪力墙、拖动台、滑道、螺栓桩、压力传感器、浪高仪、信号采集处理器、动载控制器、计算机。剪力墙与地基固定，液压作动器与剪力墙固定，液压作动器与拖动台连接，拖动台在水平滑道上，每个滑道与地基通过两个螺栓桩连接。浪高仪与压力传感器在液舱内与计算机相连。本发明试验装置，利用液压作动器数控加载，可以准确的输入复杂的激励方式，可以在一定范围内任意输入激励的频率与振幅，与现有的技术设备相比，设备投资少、操作简便、控制精度高，为主动式液舱晃荡的模拟试验提供了简便的方案。

Description

一种液压作动式液舱晃荡试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种液压作动式液舱晃荡试验装置。

背景技术

随着世界经济的发展，对于液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等能源的消费需求也在快速增长，这大大刺激了船舶运输技术的不断提高，从而开发了大型液化天然气船(LNG船)、超大型液化气船(VLGC船)等液货船。大型LNG、VLGC船液舱宽度大，装载深度高，在带来更大装载能力的同时，也带来了一定的安全隐患，其在航行过程中可能发生更剧烈的晃荡，产生的冲击压力会威胁到舱壁以及船体结构的安全。因此，晃荡载荷已经成为大型液货船安全性评估的重要内容之一，如何降低晃荡载荷、保证船舶结构的安全，是当今迫切需要解决的问题。

因此，研究清楚装载率、激励频率等参数对于晃荡冲击压力的影响以及舱内水平桁、强肋框和制荡舱壁等内部结构对于冲击压力的影响对于液货船安全性评估具有重要意义。而模型试验是此问题比较可靠的研究手段。通过模型试验，可以得到不同激励情况下，晃荡载荷对于舱壁的压力，可以用来与理论数值计算作比较。对于目前的主动式液舱晃荡模拟试验设备，要么结构复杂，投资成本太高，要么控制精度差，这给问题研究带来了一定的困难与误差。

发明内容

本发明的目的是为了可以研究激振载荷不同的的振幅与频率对舱内液体的晃荡情况，进而了解晃荡与激励之间的关系，以及晃荡与舱壁压力之间的关系而提供一种结构简单、操作简便、准确度高的主动式的液压作动式液舱晃荡试验装置。

本发明的目的是这样实现的：在地基的一端安装有剪力墙，地基的另一端对称设置有四个螺栓桩，每两个螺栓桩上安装有一个滑道，每个滑道中间和侧面均安装有转动轴承，拖动台的水平面与两个滑道的中间的转动轴承接触、拖动台的两个竖直面与两个滑道的侧面的转动轴承接触，拖动台上安装有液舱，液舱内设置有浪高仪和压力传感器，拖动台的端部设置有连杆，剪力墙上安装有液压作动器，液压作动器的输出端与连杆的端部连接，浪高仪和压力传感器通过信号采集处理器与计算机连接，液压作动器通过动载控制器与计算机连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述螺栓桩是两个螺栓通过一个螺帽连接组成。

2.所述螺栓桩的两个螺栓一个是左旋、另一个是右旋。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明试验装置，利用液压作动器数控加载，可以精确的输入复杂的激励方式，可以在一定范围内任意输入激励的频率与振幅，与现有的技术设备相比，设备投资少、操作简便、控制精度高，为主动式液舱晃荡的模拟试验提供了简便而精确的方案。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是是本发明的主视方向的结构示意图；

图3是本发明的俯视方向的结构示意图；

图4是本发明的滑道的结构示意图；

图5是图4的俯视方向示意图；

图6是本发明的螺栓桩与滑道连接的示意图；

图中：1、地基；2、剪力墙；3、液压作动器；4、拖动台；5、液舱；6、滑道；7、螺栓桩；8、浪高仪；9、压力传感器；10、动载控制器；11、信号采集处理器；12、计算机；a、右旋螺纹栓；b、螺母；c、左旋螺纹栓。

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。

结合图1至图6，本发明的一种液压作动式液舱晃荡试验装置包括：地基1、液压作动器3、剪力墙2、拖动台4、滑道6、螺栓桩7、压力传感器9、浪高仪8、信号采集处理器11、动载控制器10、计算机12。剪力墙与地基通过地脚螺栓固定，液压作动器水平放置与剪力墙通过螺栓固定，液压作动器的加载端与拖动台的拉杆端连接，拖动台在水平滑道上，与滑道的上面及侧面通过转动轴承接触，每个滑道与地基通过两个螺栓桩连接，螺栓桩是两个螺栓通过一个螺帽连接组成，螺栓桩一端连接地基，一端连接滑道。浪高仪与压力传感器在液舱内，并通过信号采集处理器与计算机相连，液压作动器通过动载控制器与计算机相连。

所述的滑道的中央凹槽中装有转动轴承，滑道侧面也装有转动轴承，滑道水平放置。两个螺栓的螺纹一个为右旋螺纹，一个为左旋螺纹。

所述的计算机按照需要模拟的运动输入载荷振幅与周期，通过动载控制器使液压作动筒对拖动台在滑道上进行往复拖动，液舱内的液体因液舱的运动开始晃荡，悬挂在液舱内部的浪高仪记录浪高波动过程通过信号处理器传输到计算机，浪冲击在舱壁上，舱壁的压力传感器将压力信号通过信号处理器传输到计算机。

所述激励的函数表达式为其中A为幅值，ω_i为第i个正弦波的固有频率，T为周期，f为频率。幅值与频率有实验目的而定，可以直接输入到动载控制器中。对于一定的载荷激励表达式，可以调整液舱装载率，来研究不同装载率对于晃荡冲击的影响。假设晃荡引起的波浪的波高—时间历程为舱壁压力的幅值—时间历程为ξ(t)，就可以得到激励—液舱晃荡—舱壁压力之间的传递关系。可以通过频域分析来得到三者之间的传递函数。首先通过傅里叶变换得到x(t)、ξ(t)的频域功率谱密度函数x(f)、ξ(f)，激励到液舱晃荡之间的传递函数可以根据公式得到，液舱晃荡到舱壁压力之间的传递函数可以根据公式得到。将两个传递函数相乘，就可以得到激励到舱壁压力之间的传递函数，即

现将本发明具体的说：

1、试验装置的安装；

根据所采用的技术方案，在实验室内搭载冲击试验装置。首先用箱型桩组成剪力墙2，剪力墙2与地基1通过地脚螺栓固定,液压作动器3水平放置与剪力墙2通过螺栓固定。然后将螺栓桩7的左旋螺纹栓固定到地基1的桩眼中，将右旋螺纹栓固定到滑道中的桩眼中，用螺母将正反螺纹栓接在一起，将拖动台4置于滑道上，再将液舱5固定在拖动台4中央，连接拖动台4与液压作动器3，接着将浪高仪8以及舱壁的压力传感器9通过信号采集器11连接到计算机12，将液压作动器3通过动载控制器10连接到计算机12。

2、试验步骤；

通过数值仿真方法，在舱壁面内侧关心区域贴压力传感器，将浪高仪置于舱壁内侧上面中央。在无外载荷的情况下对动态应变采集系统平衡清零，然后对液压作动器的位变反馈系统清零。在不同的液舱装载率下，输入所需激振载荷的振幅以及频率，通过动载控制器使液压作动筒对拖动台在滑道上进行强制往复运动，液舱内的液体因液舱的运动开始晃荡，悬挂在液舱内部的浪高仪记录浪高信息通过信号处理器传输到计算机，浪冲击在舱壁上，舱壁的压力传感器将压力信号通过信号处理器传输到计算机。调整激励载荷的幅值、频率以及液舱的装载率继续进行下一组实验。

3、数据处理：

晃荡引起的波浪的波高—时间历程为舱壁压力的幅值—时间历程为ξ(t)，就可以得到激励—液舱晃荡—舱壁压力之间的传递关系。可以通过频域分析来得到三者之间的传递函数。首先通过傅里叶变换得到x(t)、ξ(t)的频域功率谱密度函数x(f)、ξ(f)，激励到液舱晃荡之间的传递函数可以根据公式得到，液舱晃荡到舱壁压力之间的传递函数可以根据公式得到。将两个传递函数相乘，就可以得到激励到舱壁压力之间的传递函数，即由此可以分析不同装载率下，激励—液舱晃荡—舱壁压力之间的传递关系。

本发明提供的是一种液压作动式液舱晃荡试验装置。目的在于提供一种结构简单、操作简便、准确度高的主动式液压作动液舱晃荡试验装置，包括地基、液压作动器、剪力墙、拖动台、滑道、螺栓桩、压力传感器、浪高仪、信号采集处理器、动载控制器、计算机。剪力墙与地基固定，液压作动器与剪力墙固定，液压作动器与拖动台连接，拖动台在水平滑道上，每个滑道与地基通过两个螺栓桩连接。浪高仪与压力传感器在液舱内与计算机相连。本发明试验装置，利用液压作动器数控加载，可以准确的输入复杂的激励方式，可以在一定范围内任意输入激励的频率与振幅，与现有的技术设备相比，设备投资少、操作简便、控制精度高，为主动式液舱晃荡的模拟试验提供了简便的方案。

Claims (3)

1.一种液压作动式液舱晃荡试验装置，其特征在于：在地基的一端安装有剪力墙，地基的另一端对称设置有四个螺栓桩，每两个螺栓桩上安装有一个滑道，每个滑道中间和侧面均安装有转动轴承，拖动台的水平面与两个滑道的中间的转动轴承接触、拖动台的两个竖直面与两个滑道的侧面的转动轴承接触，拖动台上安装有液舱，液舱内设置有浪高仪和压力传感器，拖动台的端部设置有连杆，剪力墙上安装有液压作动器，液压作动器的输出端与连杆的端部连接，浪高仪和压力传感器通过信号采集处理器与计算机连接，液压作动器通过动载控制器与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压作动式液舱晃荡试验装置，其特征在于：所述螺栓桩是两个螺栓通过一个螺帽连接组成。

3.根据权利要求2所述的一种液压作动式液舱晃荡试验装置，其特征在于：所述螺栓桩的两个螺栓一个是左旋、另一个是右旋。