CN110926952A - 一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于舰船复合材料上层建筑结构的强度和刚度试验技术领域，具体涉及一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法。本发明可靠、经济、易操作、精度高，自动化程度高，解决了舰船实尺度复合材料上层建筑在风力作用下刚度实验无法直接模拟出风压载荷压力与拉力共存且压力梯度较大的特性，能够对呈梯度分布的风载载荷提供更精确的模拟，且模拟精度能够提升一个量级，更完成对所有结构表面进行多点协调加载的难题。

Description

一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法

技术领域

本发明属于舰船复合材料上层建筑结构的强度和刚度试验技术领域，具体涉及一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置及方法。

背景技术

由于隐身性能的需要，现代舰艇逐渐开始尝试采用复合材料上层建筑，上层建筑采用透波性好的复合材料制造，但其刚度较低，容易因失稳而破坏，因此在结构设计时必须使其具有足够的刚度和强度。目前一般采用数值计算的方法进行上层建筑的结构设计分析，但由于复合材料结构力学性能复杂，如果没有实尺度结构的验证性实验很难保证所设计结构满足设计要求，因此，实尺度复合材料上层建筑结构的强度和刚度试验十分必要。

上层建筑的主要承受的载荷形式为风载荷，我国目前主要采取风洞试验进行风载荷的模拟，但风洞试验耗费巨大，经济效益极差，而且，由于舰船实尺度上层建筑结构的模型较大，在我国现有条件下，很难开展如此尺寸的风洞模型试验。此外，风作用于舰船上层建筑时，在不同的位置产生面压力和面拉力，分布较复杂。现有的加载系统大部分将风载简化为多段的线性载荷，分别对结构的不同位置施加载荷，最后采用线性叠加原理得到最终的结构响应。这种加载方式对实际的风压载荷进行了多次简化，必然会带来较大的误差，所以需要寻求一种能够能够满足风压载荷压力与拉力共存且压力梯度较大的加载方式，且能够对所有结构表面进行多点协调加载的实验方法。

与本发明申请有关的公开文件有：1、拉压垫—杠杆加载装置(CN206132371U申请号/专利号：201621073894.8分类号：G01M13/00(2006.01)I申请人/专利权人：江西洪都航空工业集团有限责任公司)；2、复合材料上层建筑力学性能分析与典型模型试验验证方法研究(李永宽，哈尔滨工程大学船舶工程学院2018年硕士学位论文)。文献1提出了一种用于疲劳试验的，将集中载荷转化为面载荷的加载装置，文献2将文献1中的加载方式进行了一定的优化并应用于实尺度复合材料上层建筑实验中。

在文献2中所提到的加载装置的主要功能为将传动筒所提供的集中载荷转化为均布的面载荷，并且通过拉压力垫的结构设计实现灵活控制载荷方向(拉力或压力)的作用。此装置的不足之处在于仅仅做到了将载荷均匀的分布在每个压载垫上，使得在一个传动筒所配套的压载垫组合上，所有的压载垫仅能提供相同的均布载荷，无法完成对某些压力梯度较大的载荷形式的准确模拟，在实际使用上不够灵活，往往需要牺牲一部分实验精度来对其让步。

发明内容

本发明的目的在于提供能够满足压力与拉力共存且压力梯度较大的风压载荷情况，完成对所有结构表面进行多点协调加载的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁。

本发明还可以包括：

所述的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。

所述的主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板。

本发明的目的还在于提供一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：构建舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置；

所述的舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁；

步骤2：将实尺度复合材料上层建筑模型安装于主甲板模拟平台上的反力支架内部，实尺度复合材料上层建筑模型底部插入主甲板模拟平台的凹型固定槽中；

步骤3：通过调节反力支架底部固定杆在反力支架上的连接位置，调整反力支架的外形，使反力支架的各面均与实尺度复合材料上层建筑模型外表面平行；

步骤4：对实尺度复合材料上层建筑模型做数值模拟分析，标示出结构可能存在的危险位置，在该位置处安装铁制贴片和应力传感器；根据安全因素的考虑，设置结构应力安全阈值；所有应力传感器的数据实时收集到压力监控系统中；

步骤5：在反力支架上布置杠杆式双向加载装置，使实尺度复合材料上层建筑模型上每一个安装有铁制贴片和应力传感器的位置均对应有一根传力杆，所有的作动筒由液压控制系统进行控制；

步骤6：开始测试，杠杆式双向加载装置施加拉力载荷，电磁铁通电，将传力杆吸附在实尺度复合材料上层建筑模型表面的铁制贴片上；

步骤7：当压力监控系统采集到的压力数据与预期目标不符时，系统将通过应力传感器对加载垫块的实时压力数据进行分析，查明故障原因；若故障原因为作动筒加压数值错误，则压力监控系统通过计算，直接向液压控制系统发出任务，对该作动筒的压力输出进行修改；若故障原因为分配杆布置不当，则压力监控系统卸载该作动筒的压力加载，并提示报错；若检测部位的应力值超过安全阈值时，压力监控系统卸载全部作动筒的压力加载。

本发明还可以包括：

所述的步骤1中舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。

所述的步骤1中舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板。

本发明的有益效果在于：

本发明可靠、经济、易操作、精度高，自动化程度高，解决了舰船实尺度复合材料上层建筑在风力作用下刚度实验无法直接模拟出风压载荷压力与拉力共存且压力梯度较大的特性，能够对呈梯度分布的风载载荷提供更精确的模拟，且模拟精度能够提升一个量级，更完成对所有结构表面进行多点协调加载的难题。

附图说明

图1是本发明的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的正视图。

图2是本发明的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的俯视图。

图3是本发明的杠杆式双向加载装置的正视图。

图4是本发明的杠杆式双向加载装置的俯视图。

图5是本发明的可调节反力支架三角固定区示意图。

图6是本发明的上层建筑固定槽及缓冲肘板示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提供一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，包括主甲板模拟平台2和压力监控系统6；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基3安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽8和反力支架4；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔10；主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板9；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆14，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓13上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆14一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置5；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒15、加载杆、一级分配梁16、二级分配梁17和三级分配梁18；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块19，在加载垫块底部设有橡胶垫片20，在橡胶垫片内部设有电磁铁。

实尺度复合材料上层建筑舱室固定在主甲板模拟平台上，插入焊接在模拟平台上的凹型固定槽中，固定槽两侧均匀地布置三角形肘板以及固定孔，紧固螺栓将预制在上层建筑底部的外延结构固定在模拟平台上。主甲板模拟平台的结构形式与实船不完全相同，在上层建筑的下方和周围布置有额外的结构增强构件，主甲板模拟平台连接在位于平台四角上预埋在底下的水泥桩基上，模拟平台下方的T型材加强筋的翼板通过紧固螺栓7固定在水泥桩基3上。舰船复合材料上层建筑外部安装具有足够刚度的可调节反力支架，可调节反力支架由工字钢在折角位置进行螺栓连接，通过调整可调节反力支架的连接状态，使反力支架与上层建筑表面平行。

本发明的加载系统采用杠杆式双向加载装置对上层建筑表面进行加载，整个加载系统通过液压控制系统对各传动筒的压力输出进行控制，布置在加载装置上的压力传感器会将实时压力加载数据收集到压力监控系统中，监控系统通过对实时压力数据进行判断，选择对压力输出进行调整或卸载压力，并将数据传送到终端操控系统，测出上层建筑结构表面的应力和位移响应，，并统一收集到监控系统中，其中部分数据会用来进行安全预警，应力响应通过应变片进行测量，位移响应则通过光电定位装置进行测量，从而得到风载作用下的实验值，完成舰船实尺度复合材料上层建筑模型实验。

一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置；

所述的舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置包括主甲板模拟平台；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁；

步骤2：将实尺度复合材料上层建筑模型1安装于主甲板模拟平台上的反力支架内部，实尺度复合材料上层建筑模型底部插入主甲板模拟平台的凹型固定槽中；

步骤3：通过调节反力支架底部固定杆在反力支架上的连接位置，调整反力支架的外形，使反力支架的各面均与实尺度复合材料上层建筑模型外表面平行；

步骤4：对实尺度复合材料上层建筑模型做数值模拟分析，标示出结构可能存在的危险位置，在该位置处安装铁制贴片和应力传感器；根据安全因素的考虑，设置结构应力安全阈值；所有应力传感器的数据实时收集到压力监控系统中；

步骤5：在反力支架上布置杠杆式双向加载装置，使实尺度复合材料上层建筑模型上每一个安装有铁制贴片和应力传感器的位置均对应有一根传力杆，所有的作动筒由液压控制系统进行控制；

步骤6：开始测试，杠杆式双向加载装置施加拉力载荷，电磁铁通电，将传力杆吸附在实尺度复合材料上层建筑模型表面的铁制贴片上；

步骤7：当压力监控系统采集到的压力数据与预期目标不符时，系统将通过应力传感器对加载垫块的实时压力数据进行分析，查明故障原因；若故障原因为作动筒加压数值错误，则压力监控系统通过计算，直接向液压控制系统发出任务，对该作动筒的压力输出进行修改；若故障原因为分配杆布置不当，则压力监控系统卸载该作动筒的压力加载，并提示报错；若检测部位的应力值超过安全阈值时，压力监控系统卸载全部作动筒的压力加载。

实施例1：

如图1所示，本发明的舰船实尺度复合材料上层建筑刚度和强度测量实验装置包括实尺度复合材料上层建筑模型1、主甲板模拟平台2、水泥桩基3、可调节反力支架4、杠杆式双向加载装置5以及压力监控系统6。在实际操作中，首先，需要将主甲板模拟平台2连接在位于主甲板模拟平台四角上预埋在底下的水泥桩基3上，主甲板模拟平台下方的T型材加强筋的翼板通过紧固螺栓7固定在水泥桩基3上。

如图6所示，实尺度复合材料上层建筑模型1则固定在主甲板模拟平台2上，固定方式为将实尺度复合材料上层建筑模型1插入焊接在主甲板模拟平台上的凹型固定槽8中，固定槽8两侧均匀地布置有三角形肘板9以及固定孔10，紧固螺栓通过固定孔10将预制在上层建筑1底部的外延结构固定在主甲板模拟平台2上。复合材料上层建筑1四周安装有具有足够刚度的反力支架4，用于固定杠杆式双向加载装置6.

如图5所示，可调节反力支架4由工字钢焊接而成且各面均与上层建筑外表面平行，反力支架4以简支的方式安装在甲板模拟平台2上，反力支架4与甲板模拟平台2连接位置均在工字钢上预留一部分固定孔，甲板模拟平台2与反力支架4连接位置旁安装有锚定螺栓13，反力支架4与甲板模拟平台2通过一根额外的固定杆14在局部形成一个稳定的三角支撑来完成固定，并通过更改固定杆在反力支架上的连接位置，调整反力支架的外形，达到与上层建筑表面平行的目的。最后，采用杠杆式双向加载装置5对实尺度复合材料上层建筑模型1表面进行加载，整个加载系统通过油压控制系统对各传动筒的压力输出进行控制。

如图3所示，杠杆式双向加载装置5由作动筒15、一级力分配梁16、二级力分配梁17、三级力分配梁18、加载垫块19、橡胶垫片20、电磁铁、压力传感器组成，作动筒15末端固定于反力支架4上，前端与一级分配梁16连接。分配梁由主梁以及两端传力杆构成，主梁上布置有一系列均匀分布的固定孔15，两个传力杆通过螺栓固定在主梁的固定孔上。一级分配梁16的两个传力杆分别于二级分配梁17连接，二级分配梁17与一级分配梁16结构形式相同，三级分配梁18与二级分配梁17结构形式相同。三级分配梁18的两个传力杆与加载垫块19连接，橡胶垫片20固定在加载垫块19底部，橡胶垫片20与实尺度复合材料上层建筑模型1表面之间布置有压力传感器，且橡胶垫片20内布置有4个电磁铁，安装在橡胶垫片20的四角，当加载系统5选择施加拉力载荷时，电磁铁通电，将加载装置牢牢地吸附在粘贴在实尺度复合材料上层建筑模型1表面的铁制贴片上。在实验过程中，在确定了实尺度复合材料上层建筑模型1表面的模拟载荷分布规律的情况下，将实尺度复合材料上层建筑模型1的表面以固定杠杆式双向加载装置5为单位划分出多个工作区，并针对每个工作状况下的实际载荷分布情况，确定该工作区作动筒15的加载载荷。此后，再以加载垫19为单位划分为8个次级工作区，通过对固定杠杆式双向加载装置5中的三个等级分配梁中固定孔的分配，完成对每个次级工作区加载载荷的分配工作，并实现对实尺度复合材料上层建筑模型1表面进行梯度加载的实验要求。

在实验过程中，压力监控系统6会自动采集压力传感器中的实时压力数据，当采集到的压力数据与预期目标不符时，系统将通过对一个作动筒15所附属的8个加载垫块19的实时压力数据进行分析，查明故障原因，若故障原因为作动筒加压数值错误，则通过系统计算，直接向液压控制系统发出任务，对该作动筒15的压力输出进行修改，若故障原因为分配杆布置不当，监控系统将卸载该作动筒15压力加载，并提示报错，提醒工作人员进行修改。在结构的危险位置布置有安全防护预警，通过对整个实验装置的数值模拟分析，提前标示出结构可能存在的危险位置，并根据安全因素的考虑，设置结构应力安全阈值。在危险部位布置应力传感器，应力数据将被实时地收集到压力监控系统中，当检测部位的应力值超过安全阈值时，压力监控系统6向液压控制系统发出命令，卸载全部作动筒15的压力加载。

一种舰船实尺度复合材料上层建筑刚度和强度测量实验装置，包括实尺度复合材料上层建筑模型、主甲板模拟平台、水泥桩基、可调节反力支架、杠杆式双向加载装置以及压力监控系统。舰船上层建筑模型固定在主甲板模拟平台上，插入预先焊接在主甲板模拟平台上的凹型固定槽中，并进行焊接固定。凹型槽两侧均匀地布置三角形肘板以及固定孔，采用紧固螺栓将预制在上层建筑底部用于固定的外延结构固定在主甲板模拟平台上。主甲板模拟平台连接在位于平台四角上预埋在底下的水泥桩基上，主甲板模拟平台下方的T型材加强筋的翼板通过紧固螺栓固定在水泥桩基上。舰船实尺度复合材料上层建筑外部安装具有足够刚度的可调节反力支架，可调节反力支架由工字钢焊接而成，且各面均与上层建筑外表面平行。采用杠杆式双向加载装置对上层建筑表面进行加载，整个加载系统通过液压控制系统对各传动筒的压力输出进行控制，并通过压力监控系统完成对整个实验过程中压力加载、压力调节、数据采集、安全预警等工作。

主甲板模拟平台的结构形式与实船不完全相同，通过有限元模拟的手段，对主甲板模拟平台进行加固设计，具体表现为在上层建筑的下方和周围布置额外的结构增强构件，这主要是为了等效实船上舱室壁板等垂向加强结构对主甲板的支撑作用，以保证甲板模拟平台的刚度足够支撑上层建筑及加载所带来的压力，保证主甲板模拟平台不会由于复合材料上层建筑的重量产生过大的变形。

用于固定上层建筑模型的固定槽两侧布置有一系列三角形肘板，通过一系列的缓冲结构，缓解上层建筑与主甲板之间由于结构突变导致的应力集中现象，在保证实验安全性的前提下，尽量降低甲板厚度，降低成本。

杠杆式双向加载装置由作动筒、一级力分配梁、二级力分配梁、三级力分配梁、加载垫块以及橡胶垫片组成，作动筒末端固定于反力支架上，前端与一级分配梁连接。分配梁由主梁以及两端传力杆构成，主梁上布置有一系列均匀分布的固定孔，两个传力杆通过螺栓固定在主梁的固定孔上。一级分配梁的两个传力杆分别于二级分配梁连接，二级分配梁与一级分配梁结构形式相同，三级分配梁与二级分配梁结构形式相同。三级分配梁的两个传力杆与加载垫块连接，橡胶垫片粘贴在加载垫块底部并与复合材料上层建筑连接在一起。三级力分配梁的设计，使得杠杆式双向加载装置可以通过调节次级分配梁在上级分配梁的安装位置，调整一组加载装置内压力的分配，从而实现拉/压力的梯度加载。

橡胶垫片内布置有4个电磁铁，安装在垫片的四角，当加载系统选择施加拉力载荷时，电磁铁通电，将加载装置牢牢地吸附在粘贴在复合材料上层建筑表面的铁制贴片上。由于复合材料特殊的材料属性，无法采用焊接的方式固定加载装置，再加上杠杆式加载装置的可调节性，导致加载过程中，加载垫片的落点可能会发生变化，所以选择使用电磁铁而不选择胶接进行固定，以方便在需要时能够快速完成对加载装置的调整。

可调节反力支架与地面连接位置以及可调节反力支架的折角位置均在工字钢上预留一部分固定孔，地面与可调节反力支架面连接位置旁安装有锚定螺栓，可调节反力支架与地面、可调节反力支架的折角处，都通过一根额外的固定杆在局部形成一个稳定的三角支撑来完成固定，并通过更改固定杆在可调节反力支架上的连接位置，调整可调节反力支架的外形，达到与上层建筑表面平行的目的。可调节反力支架能够保证反力支架与加载表面的平行，便于实验过程中及时调整，防止由于焊接等原因导致反力支架的变形，同时，也使得反力支架更加便于拆卸。

所有的作动筒由一套统一的液压控制系统进行控制，通过统一的液压装置控制作动筒的加载活动，能够极大的减少工作人员的工作量与操作难度，并且也为实验装置的半自动化设计提供了可能性。

加载垫片与上层建筑表面之间布置有压力传感装置，并将收集到的压力数据集中到压力监控系统中进行处理。

拥有自行设计的压力监控系统，当采集到的压力数据与预期目标不符时，系统将通过对一个作动筒所附属的8个加载垫片的实时压力数据进行分析，查明故障原因。若故障原因为作动筒加压数值错误，则通过系统计算，直接向液压控制系统发出任务，对该作动筒的压力输出进行修改；若故障原因为分配杆布置不当，监控系统将卸载该作动筒压力加载，并提示报错，提醒工作人员进行修改。压力监控系统能够大大的降低工作人员的工作量，可以更加快捷的对实验中加载错误的区域进行反应。

在结构的危险位置布置有安全防护预警，通过对整个实验装置的数值模拟分析，提前标示出结构可能存在的危险位置，并根据安全因素的考虑，设置结构应力安全阈值。在危险部位布置应力传感器，传感器数据将被实时地收集到压力监控系统中，当检测部位的应力值超过安全阈值时，监控系统向液压控制系统发出命令，卸载全部作动筒的压力加载。通过在监控系统中加入安全预警系统，能够大大的降低意外的发生概率，从而保证工作人员的生命财产安全。

本发明的优势在于：本发明可靠、经济、易操作、精度高，自动化程度高，解决了舰船实尺度复合材料上层建筑在风力作用下刚度实验无法直接模拟出风压载荷压力与拉力共存且压力梯度较大的特性，能够对呈梯度分布的风载载荷提供更精确的模拟，且模拟精度能够提升一个量级，更完成对所有结构表面进行多点协调加载的难题。

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 (6)

1.一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：所述的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置，其特征在于：所述的主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板。

4.一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置；

所述的舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置包括主甲板模拟平台和压力监控系统；所述的主甲板模拟平台四角通过水泥桩基安装在地面上，在主甲板模拟平台上设有凹型固定槽和反力支架；所述的凹型固定槽上两侧均匀开设有固定孔；所述的反力支架包括竖直杆件和水平杆件，所有竖直杆件顶部通过水平杆件连接；所述的竖直杆件底部通过简支结构安装在主甲板模拟平台上；所述的简支结构包括固定杆，在主甲板模拟平台上设有多个锚定螺栓；所述的竖直杆件底部末端安装在锚定螺栓上，竖直杆件底部开设有多个固定孔；所述的固定杆一端通过固定孔与竖直杆件底部连接，另一端连接在锚定螺栓上，且固定杆与竖直杆件底部末端连接在不同的锚定螺栓上；所述的反力支架上安装有杠杆式双向加载装置；所述的杠杆式双向加载装置包括作动筒和加载杆；所述的作动筒的末端安装在反力支架上，作动筒的前端与分配梁连接；所述的加载杆安装在分配梁上；所述的传力杆的末端设有加载垫块，在加载垫块底部设有橡胶垫片，在橡胶垫片内部设有电磁铁；

步骤2：将实尺度复合材料上层建筑模型安装于主甲板模拟平台上的反力支架内部，实尺度复合材料上层建筑模型底部插入主甲板模拟平台的凹型固定槽中；

步骤3：通过调节反力支架底部固定杆在反力支架上的连接位置，调整反力支架的外形，使反力支架的各面均与实尺度复合材料上层建筑模型外表面平行；

步骤4：对实尺度复合材料上层建筑模型做数值模拟分析，标示出结构可能存在的危险位置，在该位置处安装铁制贴片和应力传感器；根据安全因素的考虑，设置结构应力安全阈值；所有应力传感器的数据实时收集到压力监控系统中；

步骤5：在反力支架上布置杠杆式双向加载装置，使实尺度复合材料上层建筑模型上每一个安装有铁制贴片和应力传感器的位置均对应有一根传力杆，所有的作动筒由液压控制系统进行控制；

步骤6：开始测试，杠杆式双向加载装置施加拉力载荷，电磁铁通电，将传力杆吸附在实尺度复合材料上层建筑模型表面的铁制贴片上；

步骤7：当压力监控系统采集到的压力数据与预期目标不符时，系统将通过应力传感器对加载垫块的实时压力数据进行分析，查明故障原因；若故障原因为作动筒加压数值错误，则压力监控系统通过计算，直接向液压控制系统发出任务，对该作动筒的压力输出进行修改；若故障原因为分配杆布置不当，则压力监控系统卸载该作动筒的压力加载，并提示报错；若检测部位的应力值超过安全阈值时，压力监控系统卸载全部作动筒的压力加载。

5.根据权利要求4所述的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法，其特征在于：所述的步骤1中舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的分配梁包括一级分配梁、二级分配梁和三级分配梁；所述的作动筒的前端与一级分配梁连接，一级分配梁两端通过传力杆与二级分配梁连接；所述的二级分配梁两端通过传力杆与三级分配梁连接；所述的加载杆安装在三级分配梁两端。

6.根据权利要求4或5所述的一种舰船实尺度复合材料上层建筑测试方法，其特征在于：所述的步骤1中舰船实尺度复合材料上层建筑测试装置的主甲板模拟平台上，在凹型固定槽两侧均匀地布置有三角形肘板。

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