CN109141821A - 船体模型干模态测量装置及其测量方法 - Google Patents

船体模型干模态测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

一种船体模型干模态测量装置及其测量方法，包括间隔设置的固定物，两个固定物之间安装有平行间隔的钢梁，每根钢梁的纵向方向上间隔安装有多个固定装置，单个固定装置的结构为：包括安装在钢梁上、下表面的第一钢板，两块第一钢板上均开有安装孔，第一挂钩穿过安装孔及两根钢梁之间的间隙，并通过第一螺母拧紧；还包括位于钢梁下方的船模，船模内安装有U型梁，U型梁的上表面平行间隔安装有多条木条和多根木横梁，木条通过紧固件直接固定在U型梁上，木横梁的底部安装第二钢板，同时在木横梁和第二钢板的中部安装第二挂钩，并通过第二螺母拧紧，第一挂钩与第二挂钩相对安装，并在两个挂钩之间安装弹簧。实用灵活性好，试验精度高。

Description

船体模型干模态测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及船模波浪载荷试验与测试技术领域，尤其是一种船体模型干模态测量装置及其测量方法。
背景技术
船体在波浪航行过程中，由于波激振动及砰击颤振，船体会发生高频振动，高频振动对船体疲劳寿命会构成严重的威胁。船体振动的阻尼、频率对波激振动及砰击颤振的理论计算具有重要的意义。
船体振动模态可通过试验方法与有限元数值计算方法获得。对于试验方法，以往均是在船模下水之后，通过锤击试验测量船体的湿模态振动频率，很少测量船体的干膜态振动频率。通过有限元数值计算方法可得到船体振动频率及振型，数值计算方法无法获得船体的振动阻尼。由于复杂的船体结构形式、质量分布及刚度分布，数值计算方法总是会产生一定的误差。
船体振动属于无约束自由振动，干模态的测量不同于湿模态，测量船体干模态振动时，需要合理地反映船体漂浮在真空中的状态，因此需要设计一套既能够施加一定约束、又能够使船体自由振动的装置，在船体模型上安装加速度传感器，通过锤击试验精确地测量船体的干模态振动频率、阻尼及振型。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种船体模型干模态测量装置及其测量方法，从而将船模用弹簧吊起，悬挂在由两根钢梁组成的横梁下面，经过锤击试验测量船体模型的干模态，使用灵活性好，可随意调节，适用于不同结构形式的船体模型。
本发明所采用的技术方案如下：
一种船体模型干模态测量装置，包括间隔设置的固定物，两个固定物之间安装有平行间隔的钢梁，每根钢梁的纵向方向上间隔安装有多个固定装置，单个固定装置的结构为：包括安装在钢梁上、下表面的第一钢板，两块第一钢板上均开有安装孔，第一挂钩穿过所述安装孔及两根钢梁之间的间隙，并通过第一螺母拧紧；还包括位于钢梁下方的船模，所述船模内安装有U型梁，所述U型梁的上表面平行间隔安装有多条木条和多根木横梁，所述木条通过紧固件直接固定在U型梁上，所述木横梁的底部安装第二钢板，同时在木横梁和第二钢板的中部安装第二挂钩，并通过第二螺母拧紧，所述第一挂钩与第二挂钩相对安装，并在两个挂钩之间安装弹簧；还包括敲击船模的榔头。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第一挂钩和第二挂钩在竖直方向位于同一轴线位置。
两根钢梁之间的间距为50mm。
钢梁的长度为6m，钢梁离地面的高度为2m。
所述木条和木横梁的长度相等。
一种船体模型干模态测量装置的测量方法，包括如下操作步骤：
第一步：准备两根结构相同的钢梁；
第二步：将两根钢梁用螺栓固定在固定物上；
第三步：在每根钢梁的上下表面均紧贴放置第一钢板，然后用第一挂钩从下往上穿过两根钢梁之间的间隙和第一钢板中间的安装孔，上下分别拧上第一螺母；
第四步：采用第三步中相同的方向，在两根钢梁上间隔安装多个固定装置；
第五步：将船模运至钢梁正下方；
第六步：在船模的U型梁上通过紧固件安装木条，在木横梁上安装第二钢板和第二挂钩，并用第二螺母将其固定；
第七步：测量船体分段每个木横梁的位置，根据该位置调节固定装置的位置，使每个固定装置上的第一挂钩与对应的船模上的第二挂钩位于同一垂线上；
第八步：启动吊车将船模吊起至合适的高度，将弹簧下端和安装在船模的木横梁上的第二挂钩相连接；
第九步：启动吊车使得船模缓缓下落至船模完全由弹簧吊起；
第九步：在船模的每个分段中心及两侧对称位置分别粘贴垂向加速度传感器，在船模的每个分段中心粘贴水平加速度传感器，将加速度传感器与动态信号采集系统及采集电脑相连接；
第十步：调试采集系统，确认采集系统处于正常状态用榔头敲击船模，使船模处于振动状态，通过分析每个分段中心处的垂向加速度传感器信号得到船模的垂向振动干模态，通过分析每个分段两侧的垂向加速度传感器信号得到船模的扭转振动干模态，通过分析水平加速度传感器信号得到船体模型的水平振动干模态。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置两根钢梁，并在钢梁上安装固定装置，同时在船模上安装与其对应的木横梁，两者通过弹簧连接起来，将船模用弹簧吊起，悬挂在由两根钢梁组成的横梁下面，经过锤击试验测量船体模型的干模态，使用灵活性好，可随意调节，适用于不同结构形式的船体模型。
通过本发明所述的方法，可以方便的实现船体振动模态的试验，精确地测量船体的干模态振动频率、阻尼及振型。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1中A部的局部放大图。
图4为图1中B部的局部放大图。
图5为本发明某段加速度信号时历曲线图。
其中：1、固定物；2、第一螺母；3、第一钢板；4、第一挂钩；5、弹簧；6、钢梁；7、木横梁；8、第二挂钩；9、第二钢板；10、第二螺母；11、木条；12、U型梁；13、船模；14、榔头。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的船体模型干模态测量装置，包括间隔设置的固定物1，两个固定物1之间安装有平行间隔的钢梁6，每根钢梁6的纵向方向上间隔安装有多个固定装置，单个固定装置的结构为：包括安装在钢梁6上、下表面的第一钢板3，两块第一钢板3上均开有安装孔，第一挂钩4穿过安装孔及两根钢梁6之间的间隙，并通过第一螺母2拧紧；还包括位于钢梁6下方的船模13，船模13内安装有U型梁12，U型梁12的上表面平行间隔安装有多条木条11和多根木横梁7，木条11通过紧固件直接固定在U型梁12上，木横梁7的底部安装第二钢板9，同时在木横梁7和第二钢板9的中部安装第二挂钩8，并通过第二螺母10拧紧，第一挂钩4与第二挂钩8相对安装，并在两个挂钩之间安装弹簧5；还包括敲击船模13的榔头14。
第一挂钩4和第二挂钩8在竖直方向位于同一轴线位置。
两根钢梁6之间的间距为50mm。
钢梁6的长度为6m，钢梁6离地面的高度为2m。
木条11和木横梁7的长度相等。
本实施例的船体模型干模态测量装置的测量方法，包括如下操作步骤：
第一步：准备两根结构相同的钢梁6；
第二步：将两根钢梁6用螺栓固定在固定物1上；
第三步：在每根钢梁6的上下表面均紧贴放置第一钢板3，然后用第一挂钩4从下往上穿过两根钢梁6之间的间隙和第一钢板3中间的安装孔，上下分别拧上第一螺母2；
第四步：采用第三步中相同的方向，在两根钢梁6上间隔安装多个固定装置；
第五步：将船模13运至钢梁6正下方；
第六步：在船模13的U型梁12上通过紧固件安装木条11，在木横梁7上安装第二钢板9和第二挂钩8，并用第二螺母10将其固定；
第七步：测量船体分段每个木横梁7的位置，根据该位置调节固定装置的位置，使每个固定装置上的第一挂钩4与对应的船模13上的第二挂钩8位于同一垂线上；
第八步：启动吊车将船模13吊起至合适的高度，将弹簧5下端和安装在船模13的木横梁7上的第二挂钩8相连接；
第九步：启动吊车使得船模13缓缓下落至船模13完全由弹簧5吊起；
第九步：在船模13的每个分段中心及两侧对称位置分别粘贴垂向加速度传感器，在船模13的每个分段中心粘贴水平加速度传感器，将加速度传感器与动态信号采集系统及采集电脑相连接；
第十步：调试采集系统，确认采集系统处于正常状态用榔头14敲击船模13，使船模13处于振动状态，通过分析每个分段中心处的垂向加速度传感器信号得到船模13的垂向振动干模态，通过分析每个分段两侧的垂向加速度传感器信号得到船模13的扭转振动干模态，通过分析水平加速度传感器信号得到船体模型的水平振动干模态。
试验过程中，测量得到的某段加速度信号时历曲线图见图5所示。
在用该装置测量船体模态之前，弹簧5的刚度可用有限元方法进行计算，选取具有合适刚度的弹簧5，尽量减小弹簧5的刚度对干模态振动频率的影响。然后通过公式确定弹簧5的内径、外径等参数,其中D为弹簧中径，d为弹簧丝径，n为弹簧的有效圈数，G为弹簧材料的剪切模量。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种船体模型干模态测量装置，其特征在于：包括间隔设置的固定物(1)，两个固定物(1)之间安装有平行间隔的钢梁(6)，每根钢梁(6)的纵向方向上间隔安装有多个固定装置，单个固定装置的结构为：包括安装在钢梁(6)上、下表面的第一钢板(3)，两块第一钢板(3)上均开有安装孔，第一挂钩(4)穿过所述安装孔及两根钢梁(6)之间的间隙，并通过第一螺母(2)拧紧；还包括位于钢梁(6)下方的船模(13)，所述船模(13)内安装有U型梁(12)，所述U型梁(12)的上表面平行间隔安装有多条木条(11)和多根木横梁(7)，所述木条(11)通过紧固件直接固定在U型梁(12)上，所述木横梁(7)的底部安装第二钢板(9)，同时在木横梁(7)和第二钢板(9)的中部安装第二挂钩(8)，并通过第二螺母(10)拧紧，所述第一挂钩(4)与第二挂钩(8)相对安装，并在两个挂钩之间安装弹簧(5)；还包括敲击船模(13)的榔头(14)。
2.如权利要求1所述的船体模型干模态测量装置，其特征在于：所述第一挂钩(4)和第二挂钩(8)在竖直方向位于同一轴线位置。
3.如权利要求1所述的船体模型干模态测量装置，其特征在于：两根钢梁(6)之间的间距为50mm。
4.如权利要求1所述的船体模型干模态测量装置，其特征在于：钢梁(6)的长度为6m，钢梁(6)离地面的高度为2m。
5.如权利要求1所述的船体模型干模态测量装置，其特征在于：所述木条(11)和木横梁(7)的长度相等。
6.一种利用权利要求1所述的船体模型干模态测量装置的测量方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
第一步：准备两根结构相同的钢梁(6)；
第二步：将两根钢梁(6)用螺栓固定在固定物(1)上；
第三步：在每根钢梁(6)的上下表面均紧贴放置第一钢板(3)，然后用第一挂钩(4)从下往上穿过两根钢梁(6)之间的间隙和第一钢板(3)中间的安装孔，上下分别拧上第一螺母(2)；
第四步：采用第三步中相同的方向，在两根钢梁(6)上间隔安装多个固定装置；
第五步：将船模(13)运至钢梁(6)正下方；
第六步：在船模(13)的U型梁(12)上通过紧固件安装木条(11)，在木横梁(7)上安装第二钢板(9)和第二挂钩(8)，并用第二螺母(10)将其固定；
第七步：测量船体分段每个木横梁(7)的位置，根据该位置调节固定装置的位置，使每个固定装置上的第一挂钩(4)与对应的船模(13)上的第二挂钩(8)位于同一垂线上；
第八步：启动吊车将船模(13)吊起至合适的高度，将弹簧(5)下端和安装在船模(13)的木横梁(7)上的第二挂钩(8)相连接；
第九步：启动吊车使得船模(13)缓缓下落至船模(13)完全由弹簧(5)吊起；
第九步：在船模(13)的每个分段中心及两侧对称位置分别粘贴垂向加速度传感器，在船模(13)的每个分段中心粘贴水平加速度传感器，将加速度传感器与动态信号采集系统及采集电脑相连接；
第十步：调试采集系统，确认采集系统处于正常状态用榔头(14)敲击船模(13)，使船模(13)处于振动状态，通过分析每个分段中心处的垂向加速度传感器信号得到船模(13)的垂向振动干模态，通过分析每个分段两侧的垂向加速度传感器信号得到船模(13)的扭转振动干模态，通过分析水平加速度传感器信号得到船体模型的水平振动干模态。
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