CN109187283B - 实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定装置及方法 - Google Patents

Abstract

实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定装置，包括六自由度摇摆台，所述六自由度摇摆台通过数据线连接运动控制系统，其特征在于，所述六自由度摇摆台上均布阵列有易流态货物样品柱，易流态货物样品柱由多层容器叠合而成，容器之间采用螺栓锁紧固定；所述易流态货物样品柱的最底部设有滤网，水分收集漏斗安装在滤网的下方，所述滤网通过水分收集软管与量筒连接。本发明通过合理的结构设计，依据易流态货物运输船典型船型和航线，分析确定实船运动载荷。采用国际海事组织(IMO)推荐的葡氏/樊氏击实方法，准备货物样品，进行渗透实验，根据水分测量数据，确定易流态货物实际运输中水分渗透速率与外部载荷间的关系，适合推广使用。

Description

实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定装置及方法，属于海上运输技术领域。

背景技术

《国际海运固体散装货物规则》(IMSBC规则)目前已经强制实施，该规则对船载固体散装货物按照A、B和C三组进行管理。其中，A组货物即易流态货物。其由一定比例的细微颗粒和一定数量的水分组成，海上装运时如其含水量超过一定水平，就可能发生流态化进而形成流态。该类货物流态化后粘性和密度均较大，其在货舱内的横向移动会削弱船舶稳性，造成船舶横倾，严重情况下可导致船舶倾覆。

易流态货物船运过程中，由于船舶振动和摇摆，货物之间空隙减少，货物内部水分发生迁移，同时，货物内部孔隙水压力上升而导致货物抗剪强度丧失，即固体散货由固态转化为流态。货物在舱内的流动易导致船舶稳性丧失，从而影响其航行安全。

易流态货物流态化的发生和货物内部水分的迁移、渗透密切相关，因此，为揭示易流态货物流态化发生过程以及有效预防其流态化的发生，有必要开发一种确定易流态货物实船装运时其内部水分渗透速率的方法和装置。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定方法及装置，本发明通过合理的结构设计，基于渗透原理，易流态货物内部水分渗透速率与货物材料颗粒属性、水头、水力传导系数以及含水量和外部载荷有关。针对易流态货物自身材料属性实验测定和理论求解存在的困难，依据易流态货物运输船典型船型和航线，分析确定实船运动载荷。采用国际海事组织(IMO)推荐的葡氏/樊氏击实方法，准备货物样品，进行渗透实验，根据水分测量数据，确定易流态货物实际运输中水分渗透速率与外部载荷间的关系。

本发明的具体技术方案如下：

实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定装置，包括六自由度摇摆台，所述六自由度摇摆台通过数据线连接运动控制系统，其特征在于，所述六自由度摇摆台上均布阵列有易流态货物样品柱，易流态货物样品柱由多层容器叠合而成，容器之间采用螺栓锁紧固定；所述易流态货物样品柱的最底部设有滤网，水分收集漏斗安装在滤网的下方，所述滤网通过水分收集软管与量筒连接。

优先地，所述容器为圆柱形有机玻璃容器管，容器的底部为空。

基于上述装置，本发明还提出了一种实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)选取不同含水量条件下的易流态货物样品备用；

2)准备多个容器，其中为避免容器尺寸对易流态货物水分渗透速率产生影响，容器直径取易流态货物最大粒径的5倍以上；

3)分两组将具有相同初始含水量的易流态货物样品分层装入上述容器中，这样形成两组易流态货物样品柱，其中一组为对照组，另一组为试样组，每组的易流态货物样品柱数量为1个；每层均捣实处理，装载的层数根据实验要求确定，两组易流态货物样品柱通过紧固装置固定在六自由度摇摆台的上部；为准确再现易流态货物装船时的受压条件，采用葡氏/樊氏击实方法对装入玻璃容器中的样品进行击实，完成后放置24h

4)重复步骤3)，对其它不同初始含水量的易流态货物样品进行准备，每个样品均准备两组易流态货物样品柱，其中一组为对照组，另一组为试样组；

5)在每组的易流态货物样品柱下面安装有水分收集漏斗，并通过水分收集软管连接量筒；

6)为准确建立实船载荷与易流态货物内部水分渗透速率间的关系，从简单外部载荷出发，选取确定典型实船运动周期和幅值，进一步，考虑外部随机载荷，选取确定随机载荷特征频率和特征周期，以上运动参数作为易流态货物渗透实验的外部激励条件；将实船运动参数作为摇摆台运动输入条件，通过运动控制系统设定六自由度摇摆台是的运动参数，进行实船运动下易流态货物渗透实验，设定时间间隔内，记录量筒内渗出水分量；当渗出水分不再增加时，停止实验；

7)重复进行不同初始含水量、不同货物种类情况下的渗透实验，并记录实验数据；

8)基于步骤7)，根据不同初始含水量以及不同货物种类条件下的渗透实验数据，对数据进行归纳分析和拟合，从而可以确定不同初始条件以及外部载荷条件下，易流态货物内部水分渗透速率的大小，为实船条件下易流态货物内部水分渗透规律的研究提供实验数据支撑。

本发明通过合理的结构设计，依据易流态货物运输船典型船型和航线，分析确定实船运动载荷。采用国际海事组织(IMO)推荐的葡氏/樊氏击实方法，准备货物样品，进行渗透实验，根据水分测量数据，确定易流态货物实际运输中水分渗透速率与外部载荷间的关系，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明易流态货物渗透实验装置图；

图2为易流态货物渗透实验样品柱布置俯视示意图。

具体实施方式

实施例1

如图所示，实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定装置，包括六自由度摇摆台1，所述六自由度摇摆台1通过数据线连接运动控制系统8，控制系统8用来设定六自由度摇摆台1是的运动参数，所述六自由度摇摆台1上均布阵列有易流态货物样品柱4，易流态货物样品柱4由多层容器7叠合而成，容器7之间采用螺栓锁紧固定；本实施例的容器7，数量为6个，每6个容器7组成一个易流态货物样品柱4，同时将具有相同初始含水量的易流态货物样品分层装入上述容器7中，每组的易流态货物样品柱4数量为1个，一个具有相同初始含水量的易流态货物样品装2组，形成两个易流态货物样品柱4，这样的目的即设置一组没参照组，通过两组的时间结果对比，如发现差异较大，说明实验有问题，重新实验。

所述易流态货物样品柱4的最底部设有滤网3，水分收集漏斗2安装在滤网3的下方，所述滤网3通过水分收集软管5与量筒6连接。容器7为圆柱形有机玻璃容器管，容器7的底部为空，这样多个容器7连接在一起，每层容器内的水分层层下穿，最后进入水分收集漏斗2。

基于上述装置，本发明还提出了一种实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)选取不同含水量条件下的易流态货物样品备用；

2)准备多个容器7，其中为避免容器尺寸对易流态货物水分渗透速率产生影响，容器7直径取易流态货物最大粒径的5倍以上；

3)分两组将具有相同初始含水量的易流态货物样品分层装入上述容器7中，这样形成两组易流态货物样品柱4，其中一组为对照组，另一组为试样组，每组的易流态货物样品柱4数量为1个；每层均捣实处理，装载的层数根据实验要求确定，两组易流态货物样品柱(4)通过紧固装置固定在六自由度摇摆台(1)的上部；为准确再现易流态货物装船时的受压条件，采用葡氏/樊氏击实方法对装入玻璃容器中的样品进行击实，完成后放置24h

4)重复步骤3)，对其它不同初始含水量的易流态货物样品进行准备，每个样品均准备两组易流态货物样品柱4，其中一组为对照组，另一组为试样组；

5)在每组的易流态货物样品柱4下面安装有水分收集漏斗2，并通过水分收集软管5连接量筒6；

6)为准确建立实船载荷与易流态货物内部水分渗透速率间的关系，从简单外部载荷出发，选取确定典型实船运动周期和幅值，进一步，考虑外部随机载荷，选取确定随机载荷特征频率和特征周期，以上运动参数作为易流态货物渗透实验的外部激励条件；将实船运动参数作为摇摆台运动输入条件，通过运动控制系统8设定六自由度摇摆台1是的运动参数，进行实船运动下易流态货物渗透实验，设定时间间隔内，记录量筒6内渗出水分量；当渗出水分不再增加时，停止实验；

7)重复进行不同初始含水量、不同货物种类情况下的渗透实验，并记录实验数据；

8)基于步骤7)，根据不同初始含水量以及不同货物种类条件下的渗透实验数据，对数据进行归纳分析和拟合，从而可以确定不同初始条件以及外部载荷条件下，易流态货物内部水分渗透速率的大小，为实船条件下易流态货物内部水分渗透规律的研究提供实验数据支撑。

即定义易流态货物内部水分渗透速率为ψ，货物初始含水量W C，实船运动周期(随机运动特征收起)T，幅值(随机运动有义幅值)A，则易流态货物内部水分渗透速率可写为如下形式：

ψ＝f(W C，T，A)

根据步骤8获得的实验数据，即可对上述形式具体化计算，得出水分渗透速率结果。

上述关于公开的实施例的说明使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的多角度修改改进对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中得到实现。因此，本发明将不会被限制于上述说明中的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.实船运动下易流态货物内部水分渗透速率确定方法，包括六自由度摇摆台(1)，所述六自由度摇摆台(1)通过数据线连接运动控制系统(8)，其特征在于，所述六自由度摇摆台(1)上均布阵列有易流态货物样品柱(4)，易流态货物样品柱(4)由多层容器(7)叠合而成，容器(7)之间采用螺栓锁紧固定；所述易流态货物样品柱(4)的最底部设有滤网(3)，水分收集漏斗(2)安装在滤网(3)的下方，所述滤网(3)通过水分收集软管(5)与量筒(6)连接；

所述容器(7)为圆柱形有机玻璃容器管，容器(7)的底部为空；

易流态货物内部水分渗透速率确定方法，包括如下步骤：

1)选取不同含水量条件下的易流态货物样品备用；

2)准备多个容器(7)，其中为避免容器尺寸对易流态货物水分渗透速率产生影响，容器(7)直径取易流态货物最大粒径的5倍以上；

3)分两组将具有相同初始含水量的易流态货物样品分层装入上述容器(7)中，这样形成两组易流态货物样品柱(4)，其中一组为对照组，另一组为试样组，每组的易流态货物样品柱(4)数量为1个；每层均捣实处理，装载的层数根据实验要求确定，两组易流态货物样品柱(4)通过紧固装置固定在六自由度摇摆台(1)的上部；为准确再现易流态货物装船时的受压条件，采用葡氏/樊氏击实方法对装入玻璃容器中的样品进行击实，完成后放置24h；

4)重复步骤3)，对其它不同初始含水量的易流态货物样品进行准备，每个样品均准备两组易流态货物样品柱(4)，其中一组为对照组，另一组为试样组；

5)在每组的易流态货物样品柱(4)下面安装有水分收集漏斗(2)，并通过水分收集软管(5)连接量筒(6)：

6)为准确建立实船载荷与易流态货物内部水分渗透速率间的关系，从简单外部载荷出发，选取确定典型实船运动周期和幅值，进一步，考虑外部随机载荷，选取确定随机载荷特征频率和特征周期，以上运动参数作为易流态货物渗透实验的外部激励条件；将实船运动参数作为摇摆台运动输入条件，通过运动控制系统(8)设定六自由度摇摆台(1)的运动参数，进行实船运动下易流态货物渗透实验，设定时间间隔内，记录量筒(6)内渗出水分量；当渗出水分不再增加时，停止实验；

7)重复进行不同初始含水量、不同货物种类情况下的渗透实验，并记录实验数据；

8)基于步骤7)，根据不同初始含水量以及不同货物种类条件下的渗透实验数据，对数据进行归纳分析和拟合，从而可以确定不同初始条件以及外部载荷条件下，易流态货物内部水分渗透速率的大小，为实船条件下易流态货物内部水分渗透规律的研究提供实验数据支撑。

Images