CN112326452B - 一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置 - Google Patents

一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于船体结构强度实验技术领域，具体涉及一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置。本发明可真实的模拟出船体多层甲板结构，同时可以近似得到结构发生塑性破坏时每层板条梁的受力变化。本发明采用若干根板条梁而不是板结构作为每一层的构成，可以对整个结构强度进行弱化，在满足模型的尺寸特征要求基础上，保证模型可以较为容易发生塑性破坏。本发明通过在两层夹板间均布的拉压力学传感器来模拟测量船剖面的每一层结构的轴向拉压力，通过换算可得到待测剖面位置的每一层的受力情况；通过加载设备自带的力学传感器测得垂向压力，通过换算可得到待测剖面位置弯矩情况。

Description

一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置
技术领域
本发明属于船体结构强度实验技术领域，具体涉及一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置。
背景技术
在研究船体强度时,船体梁结构的极限强度与船舶的总纵强度息息相关，是确保船舶安全的一个重要因素.从船舶的安全角度考虑，船体梁结构的承载能力不仅要关注结构的极限强度，还要关注突遇极限海况发生崩溃后的后极限强度行为，并能够根据船体梁的结构状态以及外部载荷预测发生崩溃后的最终承载能力和损伤程度。在船的横剖面上，船受波浪载荷作用下的破坏是一个弹塑性变化共存的过程，船体梁结构达到极限强度之后进入承载能力降低的阶段，会呈现出塑性变形快速增长的趋势,进而导致船体遭到破坏。因此在针对此种情况的试验中，应当模拟其发生相应的弹性与塑性变化的状态，并且测定相应的状态参数、应力及弯矩，这样得到的结果才具有实际意义。
发明内容
本发明的目的在于克服实验模型为板条梁结构时不能真实模拟受力的问题，提供可真实的模拟出船体多层甲板结构发生塑性破坏的过程，并且可以得到每层板条梁的受力变化及数值的一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括实验用板条梁、夹持模块和压力加载模块；所述的夹持模块包括内夹板和外夹板；所述的内夹板设置在实验用板条梁的左右两侧，内夹板靠近实验用板条梁一侧沿竖直方向开设有一排板条梁安装槽，另一侧开设有一排传感器安装槽，且传感器安装槽的位置与板条梁安装槽的位置一一对应；所述的实验用板条梁有多层，每一层实验用板条梁的左右两端分别插入左右两侧内夹板的板条梁安装槽中，在每一层实验用板条梁的中部贴有传感器应变片；所述的外夹板的外侧安装有延长梁，外夹板的内侧沿竖直方向开设有一排传感器安装槽，且外夹板上传感器安装槽的位置与内夹板上传感器安装槽的位置一一对应；所述的外夹板与内夹板之间通过力学传感器连接，力学传感器的左右两端分别插入外夹板与内夹板的传感器安装槽中；所述的压力加载模块包括上部加载模块和下部加载模块；所述的上部加载模块包括上部作用杆和上部加载头；所述的上部作用杆设置在实验用板条梁的上方，在上部作用杆的底面开设有滑轨，在上部作用杆左右两侧的下方安装有上部传力块，上部传力块通过滑块安装在上部作用杆底面的滑轨上；所述的上部加载头的上端安装有作用筒，上部加载头的下端安装在上部作用杆的中央，在上部加载头上设有压力传感器；所述的上部传力块由方形块和直角梯形块组成，方形块的底面贴合在直角梯形块的上底，直角梯形块的锐角做圆弧平滑处理；所述的上部传力块的方形块的顶面与滑块连接，上部传力块的直角梯形块的下底贴合在外夹板外侧，上部传力块的圆弧端贴合在延长梁的顶面；所述的下部加载模块包括下部作用杆和下部加载头；所述的下部作用杆设置在实验用板条梁的下方，在下部作用杆的顶面开设有滑轨，在下部作用杆左右两侧的上方安装有下部传力块，下部传力块通过滑块安装在下部作用杆顶面的滑轨上；所述的下部加载头的下端安装有作用筒，下部加载头的上端安装在下部作用杆的中央，在下部加载头上设有压力传感器；所述的下部传力块的结构与上部传力块相同，下部传力块的圆弧端贴合在延长梁的底面。
本发明的有益效果在于：
本发明可真实的模拟出船体多层甲板结构，同时可以近似得到结构发生塑性破坏时每层板条梁的受力变化。本发明采用若干根板条梁而不是板结构作为每一层的构成，可以对整个结构强度进行弱化，在满足模型的尺寸特征要求基础上，保证模型可以较为容易发生塑性破坏。本发明通过在两层夹板间均布的拉压力学传感器来模拟测量船剖面的每一层结构的轴向拉压力，通过换算可得到待测剖面位置的每一层的受力情况；通过加载设备自带的力学传感器测得垂向压力，通过换算可得到待测剖面位置弯矩情况。
附图说明
图1是本发明的整体示意图。
图2是本发明中实验件模块的示意图。
图3是本发明中夹持模块内夹板及其传感器布置的三视图。
图4是本发明中上部压力加载模块的三视图。
图5是本发明中下部压力加载模块的三视图。
图6是本发明中传力块结构的三视图。
图7是本发明中滑块结构的三视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置。本发明的目的是为了克服实验模型为板条梁结构时不能真实模拟受力的问题，提供了一种兼顾实验方法和实验结果的均布传感器的板条梁弯矩实验装置。可真实的模拟出船体多层甲板结构发生塑性破坏的过程，并且可以得到每层板条梁的受力变化及数值。
一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置，包括实验用板条梁8、夹持模块和压力加载模块；所述的夹持模块包括内夹板10和外夹板11；所述的内夹板设置在实验用板条梁的左右两侧，内夹板靠近实验用板条梁一侧沿竖直方向开设有一排板条梁安装槽，另一侧开设有一排传感器安装槽，且传感器安装槽的位置与板条梁安装槽的位置一一对应；所述的实验用板条梁有多层，每一层实验用板条梁的左右两端分别插入左右两侧内夹板的板条梁安装槽中，在每一层实验用板条梁的中部贴有传感器应变片；所述的外夹板的外侧安装有延长梁5，外夹板的内侧沿竖直方向开设有一排传感器安装槽，且外夹板上传感器安装槽的位置与内夹板上传感器安装槽的位置一一对应；所述的外夹板与内夹板之间通过力学传感器9连接，力学传感器的左右两端分别插入外夹板与内夹板的传感器安装槽中；所述的压力加载模块包括上部加载模块和下部加载模块；所述的上部加载模块包括上部作用杆和上部加载头3；所述的上部作用杆设置在实验用板条梁的上方，在上部作用杆的底面开设有滑轨1，在上部作用杆左右两侧的下方安装有上部传力块6，上部传力块通过滑块4安装在上部作用杆底面的滑轨上；所述的上部加载头的上端安装有作用筒2，上部加载头的下端安装在上部作用杆的中央，，在上部加载头上设有压力传感器；所述的上部传力块由方形块和直角梯形块组成，方形块的底面贴合在直角梯形块的上底，直角梯形块的锐角做圆弧平滑处理；所述的上部传力块的方形块的顶面与滑块连接，上部传力块的直角梯形块的下底贴合在外夹板外侧，上部传力块的圆弧端贴合在延长梁的顶面；所述的下部加载模块包括下部作用杆和下部加载头；所述的下部作用杆设置在实验用板条梁的下方，在下部作用杆的顶面开设有滑轨7，在下部作用杆左右两侧的上方安装有下部传力块，下部传力块通过滑块安装在下部作用杆顶面的滑轨上；所述的下部加载头的下端安装有作用筒，下部加载头的上端安装在下部作用杆的中央，在下部加载头上设有压力传感器；所述的下部传力块的结构与上部传力块相同，下部传力块的圆弧端贴合在延长梁的底面。
实施例1：
一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置，包括作用滑轨1、作用筒2、加载头3、滑块4、两侧延长梁5、传力块6、滑动轨道7、板条梁8、传感器9、内夹板10、外夹板11、连接螺栓12。本发明装置主要包括实验件模块，夹持模块，压力加载模块。所述实验件模块主要构成为实验用板条梁8，布置在该装置中间,两端由内夹板10进行固定。所述夹持模块包括内夹板10，外夹板11，传感器9，延长梁5。实验件板条梁8两端的夹具采用双层夹板结构，一侧的双层夹板间在每层板条梁对应的横向位置都布置一个传感器9，其余对称位置用螺栓连接。所述压力加载模块主要包括两段作用滑轨1，滑块4，传力块6，加载头3，作用筒2。压力加载模块分为上下两部分，结构构成一致。本发明装置所进行的实验可真实的模拟出船体多层甲板结构遭到波浪载荷而破坏的过程，同时可以精确的得到每一层板条梁的受力情况，使结果更为具体地反映出船体逐层破坏的过程。
通过上下的作用滑轨以及内部的滑块与传力块的相对位移进行任意长度实验件的实验，用普通螺栓将滑块4及传力块6进行连接，嵌入滑动轨道7内，同时藉由上下两端传力装置进实现模拟板条梁的弯矩实验力的施加；外夹板11外侧焊接两侧延长梁5并连接现有船体梁结构；内夹板10与外夹板11开有螺栓孔，通过普通螺栓及传感器9进行连接，传感器9的安装方法为每层板条梁对应的横向位置都布置一个传感器9，在另一侧对称位置处选用普通螺栓连接；加载头3自带压力传感器；在中间布置多层板条梁8，每层采用三根板条梁，两端由内夹板10固定。
实验件模块主要构成为实验用板条梁8，在该装置中间布置多层实验用板条梁8,两端由内夹板10进行固定。夹板开槽，板条梁插入槽内，通过连接螺栓12与内夹板10连接固定，试验件中部贴传感器应变片。
夹持模块主要包括内夹板10，外夹板11，传感器9，延长梁5。实验件板条梁9两端的夹具采用双层夹板结构，双层夹板间的连接方式是在每层板条梁的横向位置都布置一个传感器9，通过这些传感器连接两夹板，即在两夹板间共布置8个传感器，其余对称位置用螺栓连接。外侧夹板焊接延长梁5与现有船体梁进行连接。
压力加载模块主要包括两段作用滑轨1，滑块4，传力块6，加载头3，作用筒2。压力加载模块分为上下两部分，但结构构成一致，故只述上部，下部同理。弧形作用筒2通过加载头3将力传导在作用滑轨1上。作用滑轨1内置滑块4用于设定不同的工作宽度以适应不同长度的板条梁。滑块4和传力块6通过螺栓相连，因此传力块6的运动和滑块4的运动同步。在上层的作用滑轨1内的传力块6卡住外夹板11的外侧平面。两段作用滑轨1的传力块6都支持在延长梁上主要起到支持作用并且共同起到传递弯矩的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所进行的实验可真实的模拟出船体多层甲板结构，同时可以近似得到结构发生塑性破坏时每层板条梁的受力变化。
通过采用若干根板条梁而不是板结构作为每一层的构成可以对整个结构强度进行弱化，在满足模型的尺寸特征要求基础上，保证模型可以较为容易发生塑性破坏。
通过板条梁与两端夹板间的插拔式连接，可以保证实验的重复性，完成一次实验后重新更换一批板条梁即可进行下一次实验。
通过在两层夹板间均布的拉压力学传感器来模拟测量船剖面的每一层结构的轴向拉压力，通过换算可得到待测剖面位置的每一层的受力情况。
通过加载设备自带的力学传感器测得垂向压力，通过换算可得到待测剖面位置弯矩情况。
试验件放置在两个支撑端面为圆弧形的底座上面，上部的圆弧形加载头通过恒定速度向下加载，通过加载头上的传感器及数据采集系统可获得弯矩-转角曲线，同时实验件上的力学及位移传感器也可获得弯矩-转角曲线。
通过实验件上传感器获得曲线更为平滑且精确，其中传感器测量的弯矩转角曲线在试件进入弹塑性阶段时发生波动，更为真实的反映出板条梁逐层破坏的过程。
通过试验件上传感器获取试验件在试验过程中破坏的参数。
本发明所涉及的实验采用PWS-250型电液伺服疲劳实验机对实验件施加轴向静态和动态载荷。
本发明采用的内夹板10通过垂直方向的连接螺栓12实现实验件的紧固与放松。
在内夹板10的每层板条梁位置都布置一个传感器9，即在两夹板间共布置8个传感器，将内夹板10与外夹板11紧固连接，其余对称位置用普通螺栓连接。
将加载头3与作用筒2通过螺栓连接，并且将加载头3与作用滑轨1通过螺栓紧固连接，使得加载头3作用在作用滑轨1的中间。
将滑块4按路径外形装载在作用滑轨1里侧通道上。通过螺栓将滑块4与作用块6进行紧固连接。上层的作用滑轨与下层的作用滑轨装载方法相同。
后将由外夹板11，内夹板10，传感器9，延长梁5组装好的夹持模块装载在压力加载模块中间。最终连接装载时应当保证与上层作用滑轨1的相连的作用块6的垂向平面刚好与外夹板的外侧平面贴合。而作用块6的圆头部分顶在延长梁5之上，下层的作用滑轨1相连的作用块6根据具体情况沿着滑轨方向偏移一定的距离。
最终根据实验要求将实验件8插入内夹板10的开槽之内，当所有要求板条梁实验件装在完毕后，通过连接螺栓12紧固实验件。
组装完毕后开启设备，以恒定速度向下加载，通过作用筒2的匀速移动，加载头3对作用杆施加压力，作用杆的位移带动出传力块6对延长梁5进行施压，以实现施加弯矩效果。再通过传感器获得数据。
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 (1)

1.一种均布传感器的板条梁弯矩实验装置，其特征在于：包括实验用板条梁、夹持模块和压力加载模块；所述的夹持模块包括内夹板和外夹板；所述的内夹板设置在实验用板条梁的左右两侧，内夹板靠近实验用板条梁一侧沿竖直方向开设有一排板条梁安装槽，另一侧开设有一排传感器安装槽，且传感器安装槽的位置与板条梁安装槽的位置一一对应；所述的实验用板条梁有多层，每一层实验用板条梁的左右两端分别插入左右两侧内夹板的板条梁安装槽中，在每一层实验用板条梁的中部贴有传感器应变片；所述的外夹板外侧焊接两侧延长梁并连接现有船体梁结构，外夹板的内侧沿竖直方向开设有一排传感器安装槽，且外夹板上传感器安装槽的位置与内夹板上传感器安装槽的位置一一对应；所述的外夹板与内夹板之间通过力学传感器连接，力学传感器的左右两端分别插入外夹板与内夹板的传感器安装槽中；所述的压力加载模块包括上部加载模块和下部加载模块；所述的上部加载模块包括上部作用杆和上部加载头；所述的上部作用杆设置在实验用板条梁的上方，在上部作用杆的底面开设有滑轨，在上部作用杆左右两侧的下方安装有上部传力块，上部传力块通过滑块安装在上部作用杆底面的滑轨上；所述的上部加载头的上端安装有作用筒，上部加载头的下端安装在上部作用杆的中央，在上部加载头上设有压力传感器；所述的上部传力块由方形块和直角梯形块组成，方形块的底面贴合在直角梯形块的上底，直角梯形块的锐角做圆弧平滑处理；所述的上部传力块的方形块的顶面与滑块连接，上部传力块的直角梯形块的下底贴合在外夹板外侧，上部传力块的圆弧端贴合在延长梁的顶面；所述的下部加载模块包括下部作用杆和下部加载头；所述的下部作用杆设置在实验用板条梁的下方，在下部作用杆的顶面开设有滑轨，在下部作用杆左右两侧的上方安装有下部传力块，下部传力块通过滑块安装在下部作用杆顶面的滑轨上；所述的下部加载头的下端安装有作用筒，下部加载头的上端安装在下部作用杆的中央，在下部加载头上设有压力传感器；所述的下部传力块的结构与上部传力块相同，下部传力块的圆弧端贴合在延长梁的底面。
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