CN109596311A - 一种测量储液容器液体晃动力的试验装置及方法 - Google Patents

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薛米安
王昊
罗铆钧
杜畅
张晔
苑晓丽
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Abstract

本发明公开了一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，包括两条平行的静压导轨，静压导轨固定安装在振动台上。静压导轨上均滑动设置有皮卡汀尼导轨，皮卡汀尼导轨上架设有若干个可移动约束板，可移动约束板上安装有液舱，其中一个可移动约束板上安装有拉力传感器，拉力传感器连接有信息输出端，信息输出端连通外部计算机。最外侧的一个可移动约束板上安装有激光位移传感器，激光位移传感器的射程范围内设置有反射板。本发明还包括一种试验方法，通过皮卡汀尼导轨来实现液舱在二维空间内运动，并通过拉力传感器及激光位移传感器的读数来推导液舱振动时其内部液体晃动力的数值。

Description

一种测量储液容器液体晃动力的试验装置及方法
技术领域
本发明涉及液体晃动力的测量，具体涉及一种测量储液容器液体晃动力的试验装置及方法。
背景技术
目前，在实验室中可以直接测量液舱内某点的压力，但是对于液舱内整体的液体晃动力，目前还没有可以直接测量的装置。若采用在液舱内部连续放置压力传感器的方法，会使测量的量和压力传感器的数量增加，且需进行复杂的差值求和来计算压力，增加测量的难度和增大测量的误差。故采用拉力传感器连接液舱和振动台，通过导轨将液舱的运动固定于二维空间，通过拉力传感器的方法测量液舱晃动时内部产生的液体晃动力。为了使测量的液舱内液体晃动力更加反映实际数值，采用静压导轨将导轨的摩擦降低到最小，消除摩擦力对实验的干扰，为实验测量储液容器液体晃动力提供有效便捷的方法。
发明内容
本发明的目的于提供一种测量储液容器液体晃动力的试验装置及方法，通过皮卡汀尼导轨固定液舱在二维空间内运动，并通过固定于液舱外部的拉力传感器及激光位移传感器的读数来推导液舱振动时其内部液体晃动力的数值。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，包括两条平行的静压导轨，所述静压导轨上均滑动设置有皮卡汀尼导轨，所述皮卡汀尼导轨上架设有若干个可移动约束板，所述可移动约束板上安装有液舱，其中一个可移动约束板上安装有拉力传感器，所述拉力传感器一端通过螺丝连接可移动约束板，所述拉力传感器另一端安装有刚性连接片，所述拉力传感器连接有信息输出端，所述信息输出端连通进行数据运算的外部计算机，最外侧的一个可移动约束板上安装有激光位移传感器，所述激光位移传感器的射程范围内设置有反射板；
所述静压导轨固定安装在振动台上，所述刚性连接片通过螺丝连接振动台。
进一步的，所述静压导轨水平设置，且两条静压导轨处于同一水平面上。
进一步的，所述可移动约束板也水平设置，所述可移动约束板相互平行，且所述可移动约束板垂直于皮卡汀尼导轨。
进一步的，所述可移动约束板在皮卡汀尼导轨上的位置可调整。
进一步的，所述液舱与可移动约束板的接触部位抵接有液舱约束板，所述液舱约束板为L型。
进一步的，所述拉力传感器水平设置，且拉力传感器的轴线与可移动约束板的轴线在同一水平线上。
一种基于上述测量储液容器液体晃动力的试验装置的试验方法，方法如下：通过安装在静压导轨上的皮卡汀尼导轨来实现液舱在二维空间内运动，并通过固定于液舱外部的拉力传感器及激光位移传感器的读数来推导液舱振动时其内部液体晃动力的数值，具体如下：
对于在某一指定的t0时刻下，利用差分关系，可近似求得液舱晃动时的加速度a：
利用牛顿第二定律：
F拉力传感器-F动水压力＝ma ②
联立①式和②式即可求得液舱中的动水压力；
其中：xi表示在距t0时刻Δt(i-1)时刻下的液舱位移距离；
Δt计算时采用的时间间隔；
Δvi第i个Δt时段下的液舱速度增量；
Δxi所取第i个Δt时段下液舱的位移；
m表示静压导轨上部所有可动机构的质量；
F拉力传感器拉力传感器所测拉力数值；
F动水压力液舱晃动时内部液体作用于液舱内壁的合力；
a液舱晃动时的加速度。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种测量储液容器液体晃动力的试验装置及方法，通过安装在静压导轨上的皮卡汀尼导轨来实现液舱在二维空间内运动，并通过固定于液舱外部的拉力传感器及激光位移传感器的读数来推导液舱振动时其内部液体晃动力的数值。该测量液舱内液体晃动力的装置及其方法拟补了目前实验室测量液舱晃荡诱导的水动力的空白。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构的俯视示意图；
图2是本发明装置的整体结构的主视示意图；
图3是本发明装置的侧视示意图。
附图标记说明：
1-静压导轨、2-皮卡汀尼导轨、3-可移动约束板、4-液舱、5-拉力传感器、6-信息输出端、7-外部计算机、8-激光位移传感器、9-反射板、10-液舱约束板。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1至图3所示，一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，包括两条平行的静压导轨1，静压导轨1水平设置，且两条静压导轨1处于同一水平面上。静压导轨1上均滑动设置有皮卡汀尼导轨2，皮卡汀尼导轨2上架设有若干个可移动约束板3。可移动约束板3也水平设置，可移动约束板3相互平行，且可移动约束板3垂直于皮卡汀尼导轨2，可移动约束板3在皮卡汀尼导轨2上的位置可调整。可移动约束板3上安装有液舱4，通过调整可移动约束板3来适应不同大小的液舱4。液舱4与可移动约束板3的接触部位抵接有液舱约束板10，液舱约束板10为L型。其中一个可移动约束板3上安装有拉力传感器5，拉力传感器5也可安装于最外侧的可移动约束板3，拉力传感器5水平设置，且拉力传感器5的轴线与可移动约束板3的轴线在同一水平线上。拉力传感器5一端通过螺丝连接可移动约束板3，拉力传感器5另一端安装有刚性连接片。拉力传感器5连接有信息输出端6，信息输出端6连通进行数据运算的外部计算机7。远离拉力传感器5的最外侧的可移动约束板3上安装有激光位移传感器8，激光位移传感器8的射程范围内设置有反射板9。
静压导轨1固定安装在振动台上，刚性连接片通过螺丝连接振动台。
一种基于上述测量储液容器液体晃动力的试验装置的试验方法，方法如下：通过安装在静压导轨1上的皮卡汀尼导轨2来实现液舱4在二维空间内运动，并通过固定于液舱4外部的拉力传感器5及激光位移传感器8的读数来推导液舱4振动时其内部液体晃动力的数值，具体如下：
对于现在激光位移传感器，其最大的数据采集频率可达180kHz，可提供足够密集的数据点，对于在某一指定的t0时刻下，利用差分关系，可近似求得液舱晃动时的加速度a：
利用牛顿第二定律：
F拉力传感器-F动水压力＝ma ②
联立①式和②式即可求得液舱中的动水压力；
其中：xi表示在距t0时刻Δt(i-1)时刻下的液舱位移距离；
Δt计算时采用的时间间隔；
Δvi第i个Δt时段下的液舱速度增量；
Δxi所取第i个Δt时段下液舱的位移；
m表示静压导轨上部所有可动机构的质量；
F拉力传感器拉力传感器所测拉力数值；
F动水压力液舱晃动时内部液体作用于液舱内壁的合力；
a液舱晃动时的加速度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，其特征在于：包括两条平行的静压导轨(1)，所述静压导轨(1)上均滑动设置有皮卡汀尼导轨(2)，所述皮卡汀尼导轨(2)上架设有若干个可移动约束板(3)，所述可移动约束板(3)上安装有液舱(4)，其中一个可移动约束板(3)上安装有拉力传感器(5)，所述拉力传感器(5)一端通过螺丝连接可移动约束板(3)，所述拉力传感器(5)另一端安装有刚性连接片，所述拉力传感器(5)连接有信息输出端(6)，所述信息输出端(6)连通进行数据运算的外部计算机(7)，最外侧的一个可移动约束板(3)上安装有激光位移传感器(8)，所述激光位移传感器(8)的射程范围内设置有反射板(9)；
所述静压导轨(1)固定安装在振动台上，所述刚性连接片通过螺丝连接振动台。
2.如权利要求1所述的一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，其特征在于：所述静压导轨(1)水平设置，且两条静压导轨(1)处于同一水平面上。
3.如权利要求2所述的一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，其特征在于：所述可移动约束板(3)也水平设置，所述可移动约束板(3)相互平行，且所述可移动约束板(3)垂直于皮卡汀尼导轨(2)。
4.如权利要求3所述的一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，其特征在于：所述可移动约束板(3)在皮卡汀尼导轨(2)上的位置可调整。
5.如权利要求4所述的一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，其特征在于：所述液舱(4)与可移动约束板(3)的接触部位抵接有液舱约束板(10)，所述液舱约束板(10)为L型。
6.如权利要求5所述的一种测量储液容器液体晃动力的试验装置，其特征在于：所述拉力传感器(5)水平设置，且拉力传感器(5)的轴线与可移动约束板(3)的轴线在同一水平线上。
7.一种基于权利要求1～6任一项所述的测量储液容器液体晃动力的试验装置的试验方法，其特征在于：通过安装在静压导轨(1)上的皮卡汀尼导轨(2)来实现液舱(4)在二维空间内运动，并通过固定于液舱(4)外部的拉力传感器(5)及激光位移传感器(8)的读数来推导液舱(4)振动时其内部液体晃动力的数值，具体如下：
对于在某一指定的t0时刻下，利用差分关系，可近似求得液舱晃动时的加速度a：
利用牛顿第二定律：
F拉力传感器-F动水压力＝ma ②
联立①式和②式即可求得液舱中的动水压力；
其中：xi表示在距t0时刻Δt(i-1)时刻下的液舱位移距离；
Δt计算时采用的时间间隔；
Δvi第i个Δt时段下的液舱速度增量；
Δxi所取第i个Δt时段下液舱的位移；
m表示静压导轨上部所有可动机构的质量；
F拉力传感器拉力传感器所测拉力数值；
F动水压力液舱晃动时内部液体作用于液舱内壁的合力；
a液舱晃动时的加速度。
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