CN107192529B - 一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲击测试技术领域，公开了一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其包括支撑框架子系统、电磁漂浮物模拟撞击器子系统、试验数据采集子系统，支撑框架子系统包括T型底座、主支撑和侧向支撑；电磁漂浮物模拟撞击器子系统包括试件支撑装置、电磁撞击锤加速管道、电动提升机、电磁吊钩；试验数据采集子系统包括无线压电陶瓷传感器和激光位移计。本发明解决了现有试验系统无法精确模拟海洋漂浮物撞击的问题，能在保证试验准确性的前提下，对海洋工程结构的构件进行漂浮物模拟撞击试验，对试验数据进行比较全面的采集，且该试验系统制造成本低，试验难度低，为进行海洋漂浮物撞击模拟试验提供了一套良好的解决方案。

Description

一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统

技术领域

本发明涉及冲击测试技术领域，具体而言，涉及一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统。

背景技术

海洋环境极其复杂，海洋构筑物受到海水腐蚀、海水冲蚀等多种条件的威胁，沿海构筑物受到海啸等海洋灾害的威胁。海洋构筑物及沿海构筑物在海水的冲击作用下产生破坏，海水中的漂浮物对其破坏产生至关重要的影响。漂浮物在海水快速冲击下与构筑物相撞，会对构筑物造成不可修复的损害。例如，船体对桥墩的撞击导致大桥的垮塌。海洋漂浮物多种多样，形状体积不一，包括船只、巨石等，一旦与构筑物发生撞击，会对构筑物结构产生极其严重的影响。因此，研究海洋漂浮物对构筑物的撞击是十分有必要的。

一般的结构模拟试验，试验构件会按一定比例缩放，后将构件直接放置在模拟系统中进行接近真实情况的试验模拟，比如风洞试验、振动台试验等。但是，海洋撞击试验将试件放置在海洋环境中进行试验难以实现，不仅存在数据采集的困难，而且撞击试验会受到多种因素的干扰，试验的难度和成本大，试验的准确性差。由于能对海洋工程结构产生撞击威胁的漂浮物体积不一，形状各异，质量差别巨大，这就给设计制造模拟试验系统带来了许多问题。首先，试验系统模拟漂浮物的质量变化范围尽可能大，以更准确模拟漂浮物的质量。第二，模拟漂浮物对海洋工程结构的撞击，需要模拟漂浮物具有一定的运动速度，具有一定的撞击能，从而更精确模拟漂浮物与海洋工程结构的撞击过程。第三，模拟漂浮物的撞击面形状多样，以更准确模拟漂浮物与海洋工程结构撞击接触面的实际情况。

目前，存在各种类型的有关海洋气候环境模拟的试验系统，现有的试验系统难以解决以上的三个问题，适用于研究海洋工程结构力学性能的试验系统尚属空白。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述问题，提供一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统，解决了现有试验系统无法精确模拟海洋漂浮物撞击的问题，能在保证试验准确性的前提下，对海洋工程结构的构件进行漂浮物模拟撞击试验，对试验数据进行比较全面的采集，且该试验系统制造成本低，试验难度低，为进行海洋漂浮物撞击模拟试验提供了一套良好的解决方案。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统，包括支撑框架子系统、电磁漂浮物模拟撞击器子系统、试验数据采集子系统；

支撑框架子系统包括T型底座，T型底座包括主底座和与主底座垂直的侧向底座，主底座中心位置设置有撞击锤加速管道导向柱，两端分别设置有主支撑，主支撑一端与主底座连接，另一端与撞击锤加速管道导向柱连接，侧向底座上设置有侧向支撑，侧向支撑一端与侧向底座连接，另一端与撞击锤加速管道导向柱连接；

电磁漂浮物模拟撞击器子系统包括试件支撑装置、电磁撞击锤加速管道、电动提升机、电磁吊钩，试件支撑装置与主底座平行，电磁撞击锤加速管道与撞击锤加速管道导向柱平行，二者固定连接，电动提升机设置于撞击锤加速管道导向柱顶部，撞击锤通过电磁吊钩悬挂于电动提升机下方；

试验数据采集子系统包括无线压电陶瓷传感器和激光位移计，无线压电陶瓷传感器设置于撞击锤端部与试件接触的位置，激光位移计设置于试件正下方。

进一步的，试件支撑装置包括基础底钢板和试件支座，试件支座在电磁撞击锤加速管道两侧各设置一组，基础底钢板上预留螺栓孔，和试件支座通过螺栓连接，试件支座上设置有门型架，试件放置于门型架下方，对准电磁撞击锤加速管道出口。

进一步的，试件支座包括上支座和下支座，上支座和下支座通过螺栓连接，下支座与基础底钢板连接，上支座上设置有门型架。

进一步的，撞击锤包括撞击锤主体，撞击锤主体上部设置有撞击锤附加质量块，下部设置有撞击锤头，三者之间通过螺纹连接。

进一步的，撞击锤主体对角设置有四个磁力导向脚，通过刚性短柱与撞击锤主体相连，中部设置有两个导电滑轮，通过弹性短柱与撞击锤主体相连。

进一步的，撞击锤主体内部设置有撞击锤电磁线舱，撞击锤电磁线舱内布置有电磁线网。

进一步的，电磁撞击锤加速管道为方形结构，四个角上设置有永磁导向轨道，中部设置有电磁输电轨道，磁力导向脚位于永磁导向轨道内，与永磁导向轨道通过排斥力相互脱离，防止撞击锤与撞击锤加速管道发生摩擦碰撞；电磁输电轨道与导电滑轮在加速时保持接触，为电磁线网输电。

进一步的，电磁撞击锤加速管道上每隔0.5m设置一个观察洞口。

进一步的，电磁撞击锤加速管道包括若干管道节，管道节之间通过螺栓连接，通过增加管道节可以增加电磁撞击锤加速管道的高度来增大撞击锤的最大撞击能量，相应的撞击锤加速管道导向柱的高度也要随之增加，以便更好地为电磁撞击锤加速管道提供支撑。

进一步的，试验数据采集子系统还包括位移计和压力传感器，位移计设置于试件两侧，压力传感器设置于试件支座上，用于检测试件支座对试件的支持力。

本发明具有以下有益效果：

(1)该系统支撑框架采用三角形框架稳定结构体系，主支撑、导向柱、侧向支撑均可以与T型底座组成三角形稳定结构框架，能保证系统的稳定；

(2)电磁撞击锤加速管道与其导向柱高度可以零活调节，能增大撞击的最大撞击能，提供更广阔的试验容许范围；

(3)电磁撞击锤加速管道每隔一定距离设置观察洞口，既可以确定撞击锤的下落高度，又可以观察撞击锤下落的运动状态；

(4)通过基础底钢板上预留的螺栓孔，可以调节试件支座之间的距离，可以对更多宽度，更多种类的试件进行模拟撞击试验，增大试验系统的兼容性；

(5)撞击锤包括撞击锤主体、撞击锤头、撞击锤附加质量块三部分，可以改变锤体质量和撞击头形态，可以模拟更多类型的海洋漂浮物；

(6)撞击锤主体设置四个磁力导向脚，与永磁导向轨道通过排斥力保持一定距离，可以保证撞击锤处于加速管道中间位置，使试验撞击位置更加精确，且可以防止锤体与加速管道发生摩擦，保证锤体撞击时的撞击能量，提高试验准确性；

(7)本发明利用先进的电磁技术，在加速管道内对锤体进行加速，可以通过控制电流的大小，对加速进行有效的控制，从而可以在节省空间的同时，保证锤体运动的速度；锤体在加速管道内与管道通过两个导电滑轮接触，最大限度的减小锤体在加速过程中的能量损失。

附图说明

图1是本发明的正立面图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的侧立面图；

图4是本发明试件支撑装置正向结构示意图；

图5是本发明试件支撑装置侧向结构示意图。

图6是本发明撞击锤结构爆炸图；

图7是本发明撞击锤横向剖面结构示意图；

图8是本发明电磁撞击锤加速管道的横向剖面图。

其中，上述附图包括以下附图标记：1、主底座；2、侧向底座；3、撞击锤加速管道导向柱；4、试件支撑装置；5、电磁撞击锤加速管道；6、电动提升机；7、电磁吊钩；8、基础底钢板；9、试件支座；10、门型架；11、上支座；12、下支座；13、观察洞口；14、撞击锤主体；15、撞击锤附加质量块；16、撞击锤头；17、磁力导向脚；18、刚性短柱；19、导电滑轮；20、弹性短柱；21、撞击锤电磁线舱；22、电磁线网；23、永磁导向轨道；24、电磁输电轨道；25、主支撑；26、侧向支撑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统，包括支撑框架子系统、电磁漂浮物模拟撞击器子系统、试验数据采集子系统；

支撑框架子系统包括T型底座，T型底座包括主底座1和与主底座垂直的侧向底座2，主底座中心位置设置有撞击锤加速管道导向柱3，两端分别设置有主支撑25，主支撑一端与主底座连接，另一端与撞击锤加速管道导向柱连接，侧向底座上设置有侧向支撑26，侧向支撑一端与侧向底座连接，另一端与撞击锤加速管道导向柱连接；

电磁漂浮物模拟撞击器子系统包括试件支撑装置4、电磁撞击锤加速管道5、电动提升机6、电磁吊钩7，试件支撑装置与主底座平行，电磁撞击锤加速管道与撞击锤加速管道导向柱平行，电磁撞击锤加速管道采用方形钢管，电磁撞击锤加速管道导向柱采用工字形钢，二者之间设置多个钢板焊接固定，电动提升机设置于撞击锤加速管道导向柱顶部，撞击锤通过电磁吊钩悬挂于电动提升机下方；

如图4和图5所示，试件支撑装置包括基础底钢板8和试件支座9，试件支座在电磁撞击锤加速管道两侧各设置一组，基础底钢板上预留螺栓孔，和试件支座通过螺栓连接，通过调节两个试件支座之间的距离，可以适应不同宽度的试件，可以对更多宽度、更多种类的试件进行模拟撞击试验，增大试验系统的兼容性；试件支座上设置有门型架10，试件放置于门型架下方，对准电磁撞击锤加速管道出口，门型架可以防止试件在撞击之后发生弹跳及移动，从而影响试验结果。

试件支座如果高度过高，支撑强度就会变小，为了可以灵活调整试件支座的高度，将试件支座分为上支座11和下支座12两部分，上支座和下支座通过螺栓连接，下支座与基础底钢板连接，门型架设置于上支座上，根据需要可以更换不同高度的上支座和下支座。

电磁撞击锤加速管道包括若干管道节，管道节之间通过螺栓连接，通过增加管道节可以增加电磁撞击锤加速管道的高度，以便增大撞击锤的最大撞击能量。相应地，撞击锤加速管道导向柱的高度也要随之增加，以便更好地为电磁撞击锤加速管道提供支撑。同时两个主支撑和一个侧向支撑与T型底座的连接位置也应发生相应改变。电磁撞击锤加速管道与其导向柱高度可以零活调节，能增大撞击的最大撞击能，提供更广阔的试验容许范围。

电磁撞击锤加速管道上每隔0.5m设置一个观察洞口13，通过观察洞口既可以确定撞击锤的下落高度，又可以观察撞击锤下落的运动状态。

如图6所示，撞击锤包括撞击锤主体14，撞击锤主体上部设置有撞击锤附加质量块15，下部设置有撞击锤头16，三者之间通过螺纹连接。撞击锤附加质量块分为不同的质量等级，可以根据试验需求选择；撞击锤锤头也可以具有不同的锤头形状，以模拟不同的漂浮物。

如图7所示，撞击锤主体对角设置有四个磁力导向脚17，通过刚性短柱18与撞击锤主体相连，磁力导向脚可以保证撞击锤在电磁撞击锤加速管道中居中，可以保证撞击位置的精确；撞击锤主体中部设置有两个导电滑轮19，通过弹性短柱20与撞击锤主体相连。撞击锤主体内部设置有撞击锤电磁线舱21，撞击锤电磁线舱内布置有电磁线网22。

如图8所示，电磁撞击锤加速管道为方形结构，四个角上设置有永磁导向轨道23，中部设置有电磁输电轨道24。磁力导向脚位于永磁导向轨道内，与永磁导向轨道通过排斥力相互脱离，防止撞击锤与撞击锤加速管道发生摩擦碰撞，消耗撞击能量，导致试验误差；电磁输电轨道与导电滑轮在加速时保持接触，为电磁线网输电。电磁线网内的电流方向一致，在电磁输电轨道所形成的磁场内产生向下的力，从而达到为撞击锤加速的目的。可以通过调节电流大小，来调整加速度的大小。

试验数据采集子系统包括无线压电陶瓷传感器和激光位移计，无线压电陶瓷传感器设置于撞击头端部与试件接触的位置，激光位移计设置于试件正下方，用于检测试件下侧的位移。试验数据采集子系统还包括位移计和压力传感器，位移计设置于试件两侧，压力传感器设置于试件支座上，用于检测试件支座对试件的支持力。

试验数据采集子系统包括但不限于上述仪器，各实验数据采集仪器的安装位置也可以根据试验所需调整。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，包括支撑框架子系统、电磁漂浮物模拟撞击器子系统、试验数据采集子系统；

支撑框架子系统包括T型底座，T型底座包括主底座(1)和与主底座(1)垂直的侧向底座(2)，主底座(1)中心位置设置有撞击锤加速管道导向柱(3)，两端分别设置有主支撑(25)，主支撑(25)一端与主底座(1)连接，另一端与撞击锤加速管道导向柱(3)连接，侧向底座(2)上设置有侧向支撑(26)，侧向支撑(26)一端与侧向底座(2)连接，另一端与撞击锤加速管道导向柱(3)连接；

电磁漂浮物模拟撞击器子系统包括试件支撑装置(4)、电磁撞击锤加速管道(5)、电动提升机(6)、电磁吊钩(7)，试件支撑装置(4)与主底座(1)平行，电磁撞击锤加速管道(5)与撞击锤加速管道导向柱(3)平行，二者固定连接，电动提升机(6)设置于撞击锤加速管道导向柱(3)顶部，撞击锤通过电磁吊钩(7)悬挂于电动提升机(6)下方；

撞击锤包括撞击锤主体(14)，撞击锤主体(14)对角设置有四个磁力导向脚(17)，通过刚性短柱(18)与撞击锤主体(14)相连，中部设置有两个导电滑轮(19)，通过弹性短柱(20)与撞击锤主体(14)相连；撞击锤主体(14)内部设置有撞击锤电磁线舱(21)，撞击锤电磁线舱(21)内布置有电磁线网(22)；电磁撞击锤加速管道(5)为方形结构，四个角上设置有永磁导向轨道(23)，中部设置有电磁输电轨道(24)，磁力导向脚(17)位于永磁导向轨道(23)内，与永磁导向轨道(23)通过排斥力相互脱离，防止撞击锤与撞击锤加速管道发生摩擦碰撞；电磁输电轨道(24)与导电滑轮(19)在加速时保持接触，为电磁线网(22)输电；

试验数据采集子系统包括无线压电陶瓷传感器和激光位移计，无线压电陶瓷传感器设置于撞击锤端部与试件接触的位置，激光位移计设置于试件正下方。

2.根据权利要求1所述的海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，试件支撑装置(4)包括基础底钢板(8)和试件支座(9)，试件支座(9)在电磁撞击锤加速管道(5)两侧各设置一组，基础底钢板(8)上预留螺栓孔，和试件支座(9)通过螺栓连接，试件支座(9)上设置有门型架(10)，试件放置于门型架(10)下方，对准电磁撞击锤加速管道(5)出口。

3.根据权利要求2所述的海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，试件支座(9)包括上支座(11)和下支座(12)，上支座(11)和下支座(12)通过螺栓连接，下支座(12)与基础底钢板(8)连接，上支座(11)上设置有门型架(10)。

4.根据权利要求1所述的海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，撞击锤包括撞击锤主体(14)，撞击锤主体(14)上部设置有撞击锤附加质量块(15)，下部设置有撞击锤头(16)，三者之间通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，电磁撞击锤加速管道(5)上每隔0.5m设置一个观察洞口(13)。

6.根据权利要求1所述的海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，电磁撞击锤加速管道(5)包括若干管道节，管道节之间通过螺栓连接。

7.根据权利要求2所述的海洋漂浮物撞击模拟试验系统，其特征在于，试验数据采集子系统还包括位移计和压力传感器，位移计设置于试件两侧，压力传感器设置于试件支座(9)上，用于检测试件支座(9)对试件的支持力。