CN110702525A - 压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置及试验方法 - Google Patents

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CN110702525A CN201910716678.2A CN201910716678A CN110702525A CN 110702525 A CN110702525 A CN 110702525A CN 201910716678 A CN201910716678 A CN 201910716678A CN 110702525 A CN110702525 A CN 110702525A
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顾学康
王艺陶
李政杰
耿彦超
刘俊杰
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祁恩荣
夏劲松
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Abstract

本发明涉及压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置及试验方法，包括试验平台，试验平台两端部分别安装反力架一和反力架二，反力架二配合垫凳及支撑横梁安装有轴向加载系统，轴向加载系统与反力架一之间安装试验模型，轴向加载系统为试验模型施加压缩载荷，还包括为试验模型施加弯曲载荷的垂向加载系统；根据缩尺比制作超大型浮体结构缩比试验模型，并通过数值仿真进行验证，在试验装置上进行缩比试验模型压缩、弯曲及压弯联合载荷作用下的试验，获得应变、变形、极限载荷及端部位移等试验数据，进而根据缩尺比反推获得原型的极限强度状况，本发明为超大型浮体的结构设计及优化设计提供研究基础和可靠的技术支撑。

Description

压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及海洋工程结构物安全可靠性技术领域，尤其是一种压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置及试验方法。
背景技术
由于超大型浮体承受风浪流等多重载荷的共同作用，浮体的模块间通过连接器进行首尾相连，而连接器则通过连接器基座加强区将载荷力传递到超大型浮体的主体结构上，因此，超大型浮体结构将承受复杂载荷的共同作用，且压缩和弯曲载荷为其主要载荷。
在极端环境载荷作用下，超大型浮体将承受超过其结构最大承载能力的载荷力作用，导致结构破坏，从而造成超大型浮体局部破坏，严重时会导致超大型浮体发生整体失效，从而形成灾难性后果。
结构极限强度是结构物环境适应能力的重要指标，为了获得安全的结构设计，提高超大型浮体结构的作业能力和极限状态下的生存能力，需要精确评估该类结构的极限强度。
模型试验作为理论预报方法及数值仿真方法的验证手段，能揭示深层次和系统的结构失效机理，促进理论方法及数值仿真方法的进一步完善和发展，因此模型试验研究是当今海洋工程结构设计及强度校核中非常重要的一个环节。
现有技术中，复杂载荷作用下的结构极限强度的模型试验在等效设计、加工、载荷施加等工作中均存在诸多难点。常规的极限强度试验相似理论仅保证了弹性状态的应力分布相似，而不能保证塑性状态下的失效模式相似；由于超大型浮体结构包括多层甲板，且层高较小、宽度和长度较大，缩比后试验模型呈现出多层、扁平的结构形式，焊接制作难度大，模型试验结果与实际情况存在出入；对于压弯载荷联合作用时，需要保证结构的轴向位移不受垂向载荷的影响、转角不受压缩载荷的影响，且需要保证液压系统始终承受轴向载荷而避免设备的损坏。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种合理的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置及试验方法，解决了缩比模型塑性状态下的失效模式相似方法、在保证相似准则的前提下将多层甲板结构进行简化而便于加工制作、保证结构的位移及转角不受压缩和弯曲载荷的影响，从而对超大型浮体试验模型进行极限强度试验，实现了其可靠性的分析，为其结构设计及优化设计提供有力的技术支撑。
本发明所采用的技术方案如下：
一种压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，包括试验平台，试验平台上平面的两端部分别安装有反力架一和反力架二，位于反力架二旁边的试验平台上安装有垫凳，垫凳上安装有支撑横梁，所述支撑横梁端部与垫凳顶部之间共同安装有轴向加载系统，轴向加载系统与反力架一端面之间安装有试验模型，所述轴向加载系统施力于试验模型的端头；位于垫凳旁边的试验平台上安装有垂向加载系统，所述垂向加载系统顶部施力于试验模型底面的端部位置。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述轴向加载系统的结构为：包括固装于垫凳和支撑横梁上的液压加载系统一，所述液压加载系统一输出端安装有固定座，固定座侧面竖直间隔安装有多个连接板一，相邻两个连接板一之间设置有连接板二，多个连接板二的端部共同安装有加载基座一，所述加载基座一与试验模型的端头接触；贯穿各个连接板一和连接板二转动安装有转轴，转轴两端分别安装有垂向位移抑制机构，垂向位移抑制机构均与试验平台固装；固定座上还安装有位移传感器一。
所述垂向位移抑制机构的结构为：包括L型结构的支撑架，支撑架底部与试验平台固接，支撑架上部开有供转轴移动的长槽，支撑架弯折处的内部设置有多个筋板。
所述垂向加载系统的结构为：包括与试验平台固接的支撑座，支撑座顶部安装有液压加载系统二，液压加载系统二输出端转动安装有多个滚轴，多个滚轴上方共同安装有加载基座二，所述加载基座二顶部与试验模型接触；位于加载基座二旁边的试验模型底部还安装有位移传感器二。
所述液压加载系统二顶部开有容纳滚轴的凹槽，所述滚轴的两端通过轴承与液压加载系统二连接。
所述试验模型上安装有多个应变传感器。
一种利用权利要求1所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置的试验方法，基于模型试验方法，按照缩尺比制作超大型浮体原型缩比后的试验模型，进行极限强度试验；包括如下步骤：
第一步：基于弹性状态应力分布相似原理和塑性状态失效模式相似原理，获得原型和试验模型之间的相似关系；
第二步：根据上述相似关系，确定原型和试验模型之间的缩尺比，进行试验模型的设计；
第三步：建立原型的有限元模型，并划分网格单元，完成边界条件设置，对原型的有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷，基于非线性瞬态动力分析方法进行原型的极限强度分析，获得原型的失效模式、应力分布、位移大小以及载荷位移曲线，并根据载荷位移曲线确定极限载荷；
第四步：建立试验模型的有限元模型，根据第三步进行试验模型的极限强度分析，获得试验模型的失效模式、应力分布、位移大小以及极限载荷；
第五步：根据缩比模型相似原理，由第四步中试验模型的极限强度分析结果反推出原型的极限强度分析结果，并与第三步中原型的极限强度分析结果进行对比，以验证试验模型的正确性；
第六步：第五步中对比结果一致，则确定试验模型的设计方案；对比结果有出入，则重复第一步至第五步进行复核，直至对比结果一致；
第七步：根据第六步中的设计方案，进行试验模型的制作；
第八步：将第七步中试验模型的材质进行特性试验分析，得到材料应力-应变曲线；对第七步中的试验模型进行初始变形测量；
第九步：将试验模型安装至轴向加载系统与反力架一之间，并与反力架一固接，在试验模型上安装应变传感器；
第十步：通过液压加载系统一、液压加载系统二对试验模型施加压缩载荷或弯曲载荷，以及压弯联合载荷；通过应变传感器得到试验模型的应变，从而得到应力及应力分布；通过位移传感器一和位移传感器二得到端部位移；调整载荷，从而获得应力和端部位移随压缩载荷的变化关系；
第十一步：将第八步中获得的材料应力-应变曲线和初始变形作为第四步中试验模型有限元模型分析的输入，并重新进行极限强度分析；
第十二步：对比第四步和第十一步中的结果，以验证试验模型模型试验的准确性，同时通过第十一步中的分析得出试验模型有限元模型的极限承载能力量值；
第十三步：通过液压加载系统一、液压加载系统二对试验模型施加压缩载荷或弯曲载荷，以及压弯联合载荷；并调整载荷，参考第十二步中得到的试验模型有限元模型的极限承载能力量值，完成极限强度下的模型试验，获得试验数据；
第十四步：对第十三步中的数据进行分析，并根据第一步中的相似关系，获得原型的极限强度分析。
基于弹性状态应力分布相似原理，原型和试验模型之间的相似关系为：
Figure BDA0002155678210000041
其中：下标s表示原型，下标m表示试验模型；F表示力，M表示弯矩，I表示惯性矩，λL表示主尺度缩尺比，λt表示板厚缩尺比，C为材料系数，且C＝σys/σym，σys为原型的材料屈服应力，σym为试验模型的材料屈服应力。
基于塑性状态失效模式相似原理，原型和试验模型之间的相似关系为：
Figure BDA0002155678210000044
Figure BDA0002155678210000045
其中：β为板单元的细长比，γ为加筋单元的细长比，σY为材料屈服应力，t为板厚，b为板宽，a为加强筋跨度，r为惯性半径，E为弹性模量。
对有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷时，压缩载荷通过强制节点位移方式施加，弯曲载荷通过强制角位移方式施加。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过轴向加载系统对试验模型端部施加压缩载荷，通过垂向加载系统对试验模型端部施加弯曲载荷，结合位移传感器和应变传感器，实现了超大型浮体结构缩比后的试验模型的极限强度试验，并通过试验结果和缩尺比反推获得超大型浮体结构原型的相关设计参数，实现了其可靠性的分析，为其结构设计及优化设计提供技术支撑，可广泛应用于压弯载荷作用下海洋工程结构物的极限承载能力试验，实现方便，适用范围广。
本发明还具有如下优点：
轴向加载系统中通过转轴贯穿连接各个连接板一和连接板二，且垂向位移抑制机构上设置有转轴移动的长槽，当试验模型在弯曲载荷作用下发生偏转时，转轴的存在使得连接板一和连接板二可以相对转动，并且转轴可沿着长槽移动，保证了轴向加载系统施加到试验模型上的载荷方向依旧为轴向压缩载荷，并且防止了试验设备的损坏；
垂向加载系统中滚轴的设置，便于试验模型在压缩载荷作用下发生水平方向伸缩时，垂向加载系统依旧能稳定对其施加弯曲载荷，即不受水平方向伸缩的影响；
在试验方法中，进行了两次验证，即试验模型设计时其与原型间的有限元分析结果验证，及模型试验时试验结果与试验模型有限元分析结果的再次验证；保证了试验的严谨，保证了试验结果的可靠性。
附图说明
图1为本发明试验装置的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本发明垂向加载系统的结构示意图。
图4为图3的仰视图(省略垂向位移抑制机构)。
图5为本发明垂向位移抑制机构的结构示意图。
图6为本发明垂向加载系统的结构示意图。
图7为本发明滚轴的安装示意图。
图8为本发明试验方法的流程图。
图9为本发明连接器加强区的结构示意图(省略壳体的顶面)。
图10为本发明连接器加强区的结构示意图(省略壳体的前端面和凸出部)。
图11为本发明连接器加强区原型有限元模型的网格划分示意图。
图12为本发明连接器加强区原型有限元模型设置边界条件的示意图。
图13为本发明连接器加强区原型有限元模型施加载荷的示意图。
图14为本发明连接器加强区原型有限元模型的失效模式示意图。
图15为本发明连接器加强区原型有限元模型的载荷位移曲线图。
图16为本发明连接器加强区试验模型有限元模型的失效模式示意图。
图17为本发明连接器加强区试验模型有限元模型的载荷位移曲线图。
图18为本发明连接器加强区试验模型的材料应力-应变曲线图。
图19为本发明连接器加强区试验模型的应变载荷曲线图。
图20为本发明连接器加强区试验模型的位移载荷曲线图。
图21为本发明连接器加强区试验模型有限元模型矫正后载荷位移曲线图。
图22为本发明连接器加强区试验模型矫正后的应变载荷曲线图。
其中：1、试验平台；2、反力架一；3、反力架二；4、垫凳；5、支撑横梁；6、轴向加载系统；61、垂向位移抑制机构；611、支撑架；612、筋板；613、长槽；62、转轴；63、液压加载系统一；64、位移传感器一；65、连接板一；66、连接板二；67、加载基座一；68、固定座；7、试验模型；8、垂向加载系统；81、支撑座；82、液压加载系统二；83、滚轴；84、加载基座二；85、位移传感器二；86、轴承；87、凹槽；91、壳体；92、凸出部；93、横撑板；94、纵撑板一；95、纵撑板二。
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和图2所示，本实施例的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，包括试验平台1，试验平台1上平面的两端部分别安装有反力架一2和反力架二3，位于反力架二3旁边的试验平台1上安装有垫凳4，垫凳4上安装有支撑横梁5，支撑横梁5端部与垫凳4顶部之间共同安装有轴向加载系统6，轴向加载系统6与反力架一2之间安装有试验模型7；位于垫凳4旁边的试验平台1上安装有垂向加载系统8；轴向加载系统6施力于试验模型7的端头，垂向加载系统8施力于试验模型7底面的端部位置。
如图3所示，轴向加载系统6的结构为：包括固装于垫凳4和支撑横梁5上的液压加载系统一63，液压加载系统一63输出端安装有固定座68，固定座68侧面竖直间隔安装有多个连接板一65，相邻两个连接板一65之间设置有连接板二66，多个连接板二66的端部共同安装有加载基座一67，加载基座一67与试验模型7的端头接触，如图4所示；贯穿各个连接板一65和连接板二66转动安装有转轴62，转轴62两端分别安装有垂向位移抑制机构61，垂向位移抑制机构61均与试验平台1固装；固定座68上还安装有位移传感器一64。
如图5所示，垂向位移抑制机构61的结构为：包括L型结构的支撑架611，支撑架611底部与试验平台1固接，支撑架611上部开有供转轴62移动的长槽613，支撑架611弯折处的内部设置有多个筋板612。
当试验模型7在弯曲载荷作用下发生偏转时，转轴62的存在使得连接板一65和连接板二66可以相对转动，并且转轴62可沿着长槽613移动，保证了轴向加载系统施加到试验模型7上的载荷方向依旧为轴向压缩载荷，并且防止了试验设备的损坏。
如图6所示，垂向加载系统8的结构为：包括与试验平台1固接的支撑座81，支撑座81顶部安装有液压加载系统二82，液压加载系统二82输出端转动安装有多个滚轴83，多个滚轴83上方共同安装有加载基座二84，加载基座二84顶部与试验模型7接触；位于加载基座二84旁边的试验模型7底部还安装有位移传感器二85。
液压加载系统二82顶部开有容纳滚轴83的凹槽87，滚轴83的两端通过轴承86与液压加载系统二82连接，如图7所示。垂向加载系统8中滚轴83的设置，便于试验模型7在压缩载荷作用下发生水平方向伸缩时，垂向加载系统8依旧能稳定对其施加弯曲载荷，即不受水平方向伸缩的影响。
试验模型7上安装有多个应变传感器。
基于模型试验方法，按照缩尺比制作超大型浮体原型缩比后的试验模型7，进行极限强度试验；包括如下步骤，如图8所示：
第一步：基于弹性状态应力分布相似原理和塑性状态失效模式相似原理，获得原型和试验模型7之间的相似关系；
基于弹性状态应力分布相似原理，原型和试验模型7之间的相似关系为：
Figure BDA0002155678210000071
Figure BDA0002155678210000072
Figure BDA0002155678210000073
其中：下标s表示原型，下标m表示试验模型7；F表示力，M表示弯矩，
I表示惯性矩，λL表示主尺度缩尺比，λt表示板厚缩尺比，C为材料系数，
且C＝σys/σym，σys为原型的材料屈服应力，σym为试验模型的材料屈服应力。
基于塑性状态失效模式相似原理，原型和试验模型7之间的相似关系为：
Figure BDA0002155678210000074
Figure BDA0002155678210000075
其中：β为板单元的细长比，γ为加筋单元的细长比，σY为材料屈服应力，
t为板厚，b为板宽，a为加强筋跨度，r为惯性半径，E为弹性模量。
第二步：根据上述相似关系，确定原型和试验模型7之间的缩尺比，进行试验模型7的设计；
第三步：建立原型的有限元模型，并划分网格单元，完成边界条件设置，对原型的有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷，基于非线性瞬态动力分析方法进行原型的极限强度分析，获得原型的失效模式、应力分布、位移大小以及载荷位移曲线，并根据载荷位移曲线确定极限载荷；
对有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷时，压缩载荷通过强制节点位移方式施加，弯曲载荷通过强制角位移方式施加。
第四步：建立试验模型7的有限元模型，根据第三步进行试验模型7的极限强度分析，获得试验模型7的失效模式、应力分布、位移大小以及极限载荷；
第五步：根据缩比模型相似原理，由第四步中试验模型7的极限强度分析结果反推出原型的极限强度分析结果，并与第三步中原型的极限强度分析结果进行对比，以验证试验模型7的正确性；
第六步：第五步中对比结果一致，则确定试验模型7的设计方案；对比结果有出入，则重复第一步至第五步进行复核，直至对比结果一致；
第七步：根据第六步中的设计方案，进行试验模型7的制作；
第八步：将第七步中试验模型7的材质进行特性试验分析，得到材料应力-应变曲线；对第七步中的试验模型7进行初始变形测量；
第九步：将试验模型7安装至轴向加载系统6与反力架一2之间，并与反力架一2固接，在试验模型7上安装应变传感器；
第十步：通过液压加载系统一63、液压加载系统二82对试验模型7施加压缩载荷或弯曲载荷，以及压弯联合载荷；通过应变传感器得到试验模型7的应变，从而得到应力及应力分布；通过位移传感器一64和位移传感器二85得到端部位移；调整载荷，从而获得应力和端部位移随压缩载荷的变化关系；
第十一步：将第八步中获得的材料应力-应变曲线和初始变形作为第四步中试验模型7有限元模型分析的输入，并重新进行极限强度分析；
第十二步：对比第四步和第十一步中的结果，以验证试验模型7模型试验的准确性，同时通过第十一步中的分析得出试验模型7有限元模型的极限承载能力量值；
第十三步：通过液压加载系统一63、液压加载系统二82对试验模型7施加压缩载荷或弯曲载荷，以及压弯联合载荷；并调整载荷，参考第十二步中得到的试验模型7有限元模型的极限承载能力量值，完成极限强度下的模型试验，获得试验数据；
第十四步：对第十三步中的数据进行分析，并根据第一步中的相似关系，获得原型的极限强度分析。
在试验方法中，进行了两次验证，即试验模型7设计时其与原型间的有限元分析结果验证，及模型试验时试验结果与试验模型7有限元分析结果的再次验证；保证了试验的严谨，保证了试验结果的可靠性。
实施例一：以超大型浮体连接器加强区结构极限强度试验为例进行说明；
如图9和图10所示，为连接器加强区的结构示意图，其包括整体呈矩形结构且六面封闭的壳体91，壳体91前端头中间位置延伸有凸出部92，壳体91内部固装有相互垂直的多个横撑板93、纵撑板一94和纵撑板二95；在凸出部92处，连接器加强区承受来自外部的压缩载荷和弯曲载荷。
第一步：确定弹性状态和塑性状态的相似关系；
第二步：根据相似关系，确定原型和试验模型之间的缩尺比，从而根据第一步相似关系进行试验模型的设计；
第三步：建立原型的有限元模型，并划分网格单元，如图11所示；完成边界条件设置，如图12所示；对原型的有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷，如图13所示；基于非线性瞬态动力分析方法进行原型的极限强度分析，获得原型的失效模式(如图14所示)、应力分布、位移大小以及如图15所示的载荷位移曲线，根据载荷位移曲线确定极限载荷为659MN；
第四步：建立第二步中试验模型的有限元模型，根据第三步进行试验模型的极限强度分析，获得试验模型的失效模式(如图16所示)、应力分布、位移大小以及如图17所示的载荷位移曲线，从而获得极限载荷；
第五步：根据缩比模型相似原理，由第四步中试验模型的极限强度分析结果反推出原型的极限载荷为633MN，并与第三步中原型的极限载荷659MN对比，误差为3.9％，而如图14和图16所示的对应的失效模式也相似，因此达到工程使用标准，验证了试验模型的正确性；
第六步：第五步中对比结果一致，确定试验模型的设计方案；
第七步：根据第六步中的设计方案，进行试验模型的制作；
第八步：将第七步中试验模型的材质进行特性试验分析，得到如图18所示的材料应力-应变曲线；并对第七步中的试验模型进行初始变形测量；
第九步：将试验模型安装至轴向加载系统与反力架一之间，并与反力架一固接，在试验模型上安装应变传感器，如图1和图2所示；
第十步：通过液压加载系统一63、液压加载系统二82对试验模型施加压弯联合载荷；通过应变传感器得到试验模型的应变，如图19所示为应变载荷曲线，从而得到应力及应力分布；通过位移传感器一64和位移传感器二85得到端部位移；调整载荷，从而获得应力和端部位移随压缩载荷的变化关系，如图20所示；
第十一步：将第八步中获得的材料应力-应变曲线和初始变形作为第四步中试验模型有限元模型分析的输入，并重新进行极限强度分析，得出如图21所示的载荷-位移曲线；
第十二步：对比第四步和第十一步中的结果，以验证试验模型模型试验的准确性，同时通过第十一步中的分析得出试验模型实际的极限承载能力量值；
第十三步：通过液压加载系统一63、液压加载系统二82对试验模型施加压曲联合载荷，获得极限载荷为5600kN，相应的应变载荷曲线如图22所示；
第十四步：根据第十三步的极限载荷5600kN以及第一步中的相似关系，获得原型的极限载荷为641MN。
本发明基于模型试验获得超大型浮体的极限强度等设计参数，并在试验过程中进行多次验证，保证了试验数据可靠性，广泛适用于压弯载荷作用下海洋工程结构物，为其结构设计及优化设计提供可靠支撑。
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 (10)

1.一种压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，其特征在于：包括试验平台(1)，试验平台(1)上平面的两端部分别安装有反力架一(2)和反力架二(3)，位于反力架二(3)旁边的试验平台(1)上安装有垫凳(4)，垫凳(4)上安装有支撑横梁(5)，所述支撑横梁(5)端部与垫凳(4)顶部之间共同安装有轴向加载系统(6)，轴向加载系统(6)与反力架一(2)端面之间安装有试验模型(7)，所述轴向加载系统(6)施力于试验模型(7)的端头；位于垫凳(4)旁边的试验平台(1)上安装有垂向加载系统(8)，所述垂向加载系统(8)顶部施力于试验模型(7)底面的端部位置。
2.如权利要求1所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，其特征在于：所述轴向加载系统(6)的结构为：包括固装于垫凳(4)和支撑横梁(5)上的液压加载系统一(63)，所述液压加载系统一(63)输出端安装有固定座(68)，固定座(68)侧面竖直间隔安装有多个连接板一(65)，相邻两个连接板一(65)之间设置有连接板二(66)，多个连接板二(66)的端部共同安装有加载基座一(67)，所述加载基座一(67)与试验模型(7)的端头接触；贯穿各个连接板一(65)和连接板二(66)转动安装有转轴(62)，转轴(62)两端分别安装有垂向位移抑制机构(61)，垂向位移抑制机构(61)均与试验平台(1)固装；固定座(68)上还安装有位移传感器一(64)。
3.如权利要求2所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，其特征在于：所述垂向位移抑制机构(61)的结构为：包括L型结构的支撑架(611)，支撑架(611)底部与试验平台(1)固接，支撑架(611)上部开有供转轴(62)移动的长槽(613)，支撑架(611)弯折处的内部设置有多个筋板(612)。
4.如权利要求1所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，其特征在于：所述垂向加载系统(8)的结构为：包括与试验平台(1)固接的支撑座(81)，支撑座(81)顶部安装有液压加载系统二(82)，液压加载系统二(82)输出端转动安装有多个滚轴(83)，多个滚轴(83)上方共同安装有加载基座二(84)，所述加载基座二(84)顶部与试验模型(7)接触；位于加载基座二(84)旁边的试验模型(7)底部还安装有位移传感器二(85)。
5.如权利要求4所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，其特征在于：所述液压加载系统二(82)顶部开有容纳滚轴(83)的凹槽(87)，所述滚轴(83)的两端通过轴承(86)与液压加载系统二(82)连接。
6.如权利要求4所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置，其特征在于：所述试验模型(7)上安装有多个应变传感器。
7.一种利用权利要求1所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置的试验方法，其特征在于：基于模型试验方法，按照缩尺比制作超大型浮体原型缩比后的试验模型(7)，进行极限强度试验；包括如下步骤：
第一步：基于弹性状态应力分布相似原理和塑性状态失效模式相似原理，获得原型和试验模型(7)之间的相似关系；
第二步：根据上述相似关系，确定原型和试验模型(7)之间的缩尺比，进行试验模型(7)的设计；
第三步：建立原型的有限元模型，并划分网格单元，完成边界条件设置，对原型的有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷，基于非线性瞬态动力分析方法进行原型的极限强度分析，获得原型的失效模式、应力分布、位移大小以及载荷位移曲线，并根据载荷位移曲线确定极限载荷；
第四步：建立试验模型(7)的有限元模型，根据第三步进行试验模型(7)的极限强度分析，获得试验模型(7)的失效模式、应力分布、位移大小以及极限载荷；
第五步：根据缩比模型相似原理，由第四步中试验模型(7)的极限强度分析结果反推出原型的极限强度分析结果，并与第三步中原型的极限强度分析结果进行对比，以验证试验模型(7)的正确性；
第六步：第五步中对比结果一致，则确定试验模型(7)的设计方案；对比结果有出入，则重复第一步至第五步进行复核，直至对比结果一致；
第七步：根据第六步中的设计方案，进行试验模型(7)的制作；
第八步：将第七步中试验模型(7)的材质进行特性试验分析，得到材料应力-应变曲线；对第七步中的试验模型(7)进行初始变形测量；
第九步：将试验模型(7)安装至轴向加载系统(6)与反力架一(2)之间，并与反力架一(2)固接，在试验模型(7)上安装应变传感器；
第十步：通过液压加载系统一(63)、液压加载系统二(82)对试验模型(7)施加压缩载荷或弯曲载荷，以及压弯联合载荷；通过应变传感器得到试验模型(7)的应变，从而得到应力及应力分布；通过位移传感器一(64)和位移传感器二(85)得到端部位移；调整载荷，从而获得应力和端部位移随压缩载荷的变化关系；
第十一步：将第八步中获得的材料应力-应变曲线和初始变形作为第四步中试验模型(7)有限元模型分析的输入，并重新进行极限强度分析；
第十二步：对比第四步和第十一步中的结果，以验证试验模型(7)模型试验的准确性，同时通过第十一步中的分析得出试验模型(7)有限元模型的极限承载能力量值；
第十三步：通过液压加载系统一(63)、液压加载系统二(82)对试验模型(7)施加压缩载荷或弯曲载荷，以及压弯联合载荷；并调整载荷，参考第十二步中得到的试验模型(7)有限元模型的极限承载能力量值，完成极限强度下的模型试验，获得试验数据；
第十四步：对第十三步中的数据进行分析，并根据第一步中的相似关系，获得原型的极限强度分析。
8.如权利要求7所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置的试验方法，其特征在于：基于弹性状态应力分布相似原理，原型和试验模型(7)之间的相似关系为：
Figure FDA0002155678200000031
Figure FDA0002155678200000032
Figure FDA0002155678200000033
其中：下标s表示原型，下标m表示试验模型(7)；F表示力，M表示弯矩，I表示惯性矩，λL表示主尺度缩尺比，λt表示板厚缩尺比，C为材料系数，且C＝σys/σym，σys为原型的材料屈服应力，σym为试验模型的材料屈服应力。
9.如权利要求7所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置的试验方法，其特征在于：基于塑性状态失效模式相似原理，原型和试验模型(7)之间的相似关系为：
Figure FDA0002155678200000034
Figure FDA0002155678200000035
其中：β为板单元的细长比，γ为加筋单元的细长比，σY为材料屈服应力，t为板厚，b为板宽，a为加强筋跨度，r为惯性半径，E为弹性模量。
10.如权利要求7所述的压弯载荷下超大型浮体极限强度试验装置的试验方法，其特征在于：对有限元模型施加压缩载荷和弯曲载荷时，压缩载荷通过强制节点位移方式施加，弯曲载荷通过强制角位移方式施加。
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