CN111337350A - 一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置 - Google Patents

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隋吉林
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Abstract

本发明公开一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，包括底座、挡板、应变片、数据采集器器和柔性挡沙幕，所述底座用于与水槽地板固定，所述挡板固定于底座上，所述挡板上分布设置有应变片，所述应变片与数据采集器相连，所述挡板的上部通过固定装置与柔性挡沙幕的一端连接。柔性挡沙幕的另一端可以与加载率定装置相连，通过加载率定装置对柔性挡沙幕施加载荷，并通过挡片的变形对挡板的荷载‑应变关系进行标定，便于该动态受力测量装置应用时直接得到柔性挡沙幕所承受的载荷大小。

Description

一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置
技术领域
本发明涉及柔性片状幕分布式动态张力测量领域，特别是涉及一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，适用于水工实验室中水槽内波流作用下片状柔性材料张力测量。
背景技术
现在关于水中挡沙幕结构受力规律的研究工作中未见其应用和相关幕身张力的研究成果，其他类似结构幕身张力的研究成果也未见公开，当前对于水下片状柔性材料张力分布的测量也就没有可选择的便捷方法。而在水下测量柔性材料受力需要满足两个条件，一是挡水要求，二是测量连续分布力要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，一方面实现水下、连续分布张力的观测，另外一方面测量装置还需要与挡沙幕构成一个挡水整体，可用于测量片状柔性材料在波浪及水流作用下的张力进行测量，满足相关水工实验的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，包括底座、挡板、应变片、数据采集器器和柔性挡沙幕，所述底座用于与水槽地板固定，所述挡板固定于底座上，所述挡板上分布设置有应变片，所述应变片与数据采集器相连，所述挡板的上部通过固定装置与柔性挡沙幕的一端连接。
进一步的，所述柔性挡沙幕在用于正式测量前，需要通过加载率定装置对柔性挡沙幕施加载荷，并通过挡板的变形对挡板的荷载-应变关系进行标定，便于该动态受力测量装置应用时反推出柔性挡沙幕幕身的张力分布。
进一步的，所述固定装置由角钢构成，并通过螺栓将角钢和柔性挡沙幕固定于所述挡板上。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本装置是为了配合新型水中挡沙幕结构受力规律的研究工作而专门研制的一种测力装置，成功实现了柔性挡沙幕张力测量目的，可推广到类似结构。
2.本测量装置将连续分布力简化为集中点力，突破了连续分布力的可测性。
3.本发明装置的测量精度取决于应变片的测量精度，另外也与测点应变片布置密度有关，可以通过加密测点来提高测量精确度。
4.本发明装置可在水下工作并可以承受一定水压力。为了实现水下测力，可采用703或704胶对粘贴到弹簧钢片上的应变片进行封装，用胶量应将变片全部覆盖。与其他封装结构相比具有显著的成本优势。
4.本发明整个装置在实验过程中能实时显示应变值变化过程，便于监测实验过程中柔性材料受力的变化过程，实现实时动态测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2a是本发明装置在具体应用时的布置示意图，图2b是水流冲击柔性挡沙幕的状态示意图。
附图标记：1-底座，2-钢片，3-应变片，4-数据采集器，5-柔性挡沙幕，6-加载率定装置，7-浮子
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图2b所示，本发明公开一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，包括底座1、挡板、应变片3、数据采集器4和柔性挡沙幕5，底座1可通过螺栓固定到水槽底板，本实施例中挡板采用钢片2，钢片2通过螺栓固定到底座1上，钢片上设置有多个应变片5，应变片5与数据采集器4连接，并且钢片2上部通过多个螺栓与柔性挡沙幕5一端相连，测试前可将柔性挡沙幕5另一端可连接加载率定装置6，通过定滑轮对柔性挡沙幕5进行加载，幕身将张力传递到钢片2上，产生变形。通过测量钢片2的变形，并通过钢片2的变形对钢片的荷载～应变关系进行标定，就可以从钢片的变形推算出钢片2的拉力，亦即挡沙幕的张力。本实施例中数据采集器4为动态应变仪或调制解调器。
具体的，1.本实施例中钢片的技术要点如下：
(1)大型弹性钢片结构在试验受力范围内呈完全弹性状态，即每次卸载后仍可恢复原状，保证可重复性，选择硬度40的65Mn钢可满足要求，厚度根据荷载情况一般可取1～2mm；
(2)钢片高度不宜过大，尽量减少对试验水深环境的改变，弹簧钢片的总高度根据使用情况一般可采用120～200mm；
(3)钢片厚度以既满足承载要求，又有较好的敏感度为宜；
2.底座的技术要点如下：
(1)底座应保证足够刚度，以及与底面稳固连接，保证加载引起的变形主要表现的钢片的变形上；
(2)底座中用于固定钢片的两块钢板应有足够的直线加工精度；
(3)用于固定底座与弹簧钢片的螺丝应经过仔细调试，以使弹簧钢片变形沿长度方向尽量保持均匀。
3.应变片的技术要点如下：
(1)应变片量程根据加载情况选定，保证应变测量的敏感度；
(2)应变片之间距离应足够小，以便保证弹簧钢片与挡沙幕连接处基本不漏水；
(3)应变片尽量贴在靠近底座的位置，保证获得最大应变值，但应注意贴片的便利。
(4)应变片贴好后需要进行密封，以保证水下正常工作。
本发明通过将应变片贴在钢片，应变片与动态应变仪或调制解调器相接，获取钢片应变数据。当幕身张力不均匀时，需要在钢片上贴多个应变片，应变片数量视测量精度需要和柔性材料张力分布变化情况而定。在对钢片各点的荷载应变进行标定后，可以建立测点应变响应系数矩阵。实际测量时，见图2a，将柔性挡沙幕的一端通过两块角钢和一些螺栓固定于钢片上部，柔性挡沙幕另一端通过浮子7浮于水面，通过造波系统和消波系统产生水流，见图2b，柔性挡沙幕在水流作用下产生作用力作用于钢片，再通过钢片上各应变片测点的应变值，通过应变响应系数矩阵可以反算出张力分布。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，其特征在于，包括底座、挡板、应变片、数据采集器器和柔性挡沙幕，所述底座用于与水槽地板固定，所述挡板固定于底座上，所述挡板上分布设置有应变片，所述应变片与数据采集器相连，所述挡板的上部通过固定装置与柔性挡沙幕的一端连接。
2.根据权利要求1所述一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，其特征在于，所述柔性挡沙幕在用于正式测量前，需要通过加载率定装置对柔性挡沙幕施加载荷，并通过挡板的变形对挡板的荷载-应变关系进行标定，便于该动态受力测量装置应用时反推出柔性挡沙幕幕身的张力分布。
3.根据权利要求1所述一种波流作用下柔性片状幕分布式动态受力测量装置，其特征在于，所述固定装置由角钢构成，并通过螺栓将角钢和柔性挡沙幕固定于所述挡板上。
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