CN112326453A - 一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船体结构强度实验技术领域，具体涉及一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置。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板条梁的受力变化。本发明通过采用若干根板条梁作为试验件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的拉压力学传感器来模拟测量船甲板和船底扳轴向拉压力；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

一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置
技术领域
本发明属于船体结构强度实验技术领域，具体涉及一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置。
背景技术
从船舶的安全角度出发，必须要准确地掌握船体梁结构遭受极限波浪载荷作用时的后极限强度行为，并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崩溃程度。试验中评估船体梁结构在极限波浪载荷作用下的极限承载能力是非常有必要的，但结合实验室的环境条件应当对环境进行简化合理地模拟。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。要模拟这个过程，则应当在两个方面进行模拟：船体所受的弯矩，船体本身的多层结构。
发明内容
本发明的目的在于克服试验模型为板条梁结构时不能真实模拟受力的问题，可真实的模拟出船体多层甲板结构，在结构发生塑性破坏的过程，可以模拟船体变形的过程并模拟收集甲板与船底板的受力情况的一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置。
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、双层夹板和压力加载模块；所述的双层夹板设置在实验用板条梁的左右两侧，双层夹板包括内层夹板和外层夹板，内层夹板与外层夹板通过第一力学传感器和第二力学传感器连接；所述的内层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；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层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；所述的第一力学传感器设置在内层夹板与外层夹板之间，且第一力学传感器位置与最上层实验用板条梁的位置对应；所述的第二力学传感器设置在内层夹板与外层夹板之间，且第二力学传感器位置与最下层实验用板条梁的位置对应；所述的外层夹板的外侧安装有延长梁；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层夹板外侧，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板条梁的受力变化。本发明通过采用若干根板条梁作为试验件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的拉压力学传感器来模拟测量船甲板和船底扳轴向拉压力；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层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。
本发明涉及一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置。本发明克服了试验模型为板条梁结构时不能真实模拟受力的问题，可真实的模拟出船体多层甲板结构，在结构发生塑性破坏的过程，可以模拟船体变形的过程并模拟收集甲板与船底板的受力情况。本发明对现有试验机构进行改造完善，对船剖面内加筋板结构和箱形梁结构“弹塑性铰”的形成过程以及塑性区的演变和扩展过程进行模拟。
一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置，包括实验用板条梁1、双层夹板2和压力加载模块；所述的双层夹板设置在实验用板条梁的左右两侧，双层夹板包括内层夹板和外层夹板，内层夹板与外层夹板通过第一力学传感器3和第二力学传感器连接；所述的内层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；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层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；所述的第一力学传感器设置在内层夹板与外层夹板之间，且第一力学传感器位置与最上层实验用板条梁的位置对应；所述的第二力学传感器设置在内层夹板与外层夹板之间，且第二力学传感器位置与最下层实验用板条梁的位置对应；所述的外层夹板的外侧安装有延长梁4；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7和上部加载头8；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5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9，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层夹板外侧，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6，在下部作用杆左右两侧的上方安装有下部传力块10，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：
一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置，包括板条梁1，夹板2，力学传感器3，延长梁4，滑块5，滑动轨道6，作用杆7，加载头8，作用筒9，传力块10，本装置由试验件模块、连接夹持模块、压力加载模块组成。在该装置中间布置多层试验用板条梁1,两端由夹板2进行固定。所述连接夹持模块构成构件为夹板2，传感器3，延长梁4，所述夹板为双层夹板，一侧夹板间设置上下两个传感器3连接，另一侧夹板对称位置以螺栓固定。夹板两端焊接延长梁4。所述压力加载模块构成构件为滑块5，滑动轨道6，作用杆7，加载头8，作用筒9，传力块10。压力加载模块分为上下两部分，结构构成一致.本发明装置可真实的模拟出船体多层甲板结构受波浪载荷而破坏的过程，同时可以近似得到结构发生塑性破坏时板条梁的受力。
滑块5通过普通螺栓连接传力块10，嵌入滑动轨道6内，传力块10的大平面紧贴夹板2外侧平面，安装完毕后通过作用筒9施加预设紧固力进行紧固；上下各设置两组滑块与传力块，上方的传力块贴紧夹板2，下方传力块的圆弧处结构支持延长梁4；在中间布置多层板条梁1，每层采用三根板条梁，两端由夹板2固定。
试验件模块构成构件为试验用板条梁1，在该装置中间布置多层试验用板条梁1,两端由夹板2进行固定。夹板开槽，板条梁插入槽内，通过连接螺栓与夹板连接固定。试验件中部贴传感器应变片。
连接夹持模块构成构件为夹板2，传感器3，延长梁4，所述夹板为双层夹板，夹板间通过两个拉压压力传感器3连接，传感器3的安装位置选取在最上和最下试验件对应水平位置处，另一侧对称位置以螺栓固定。夹板两端(外侧方向)焊接延长梁4与现有船体梁进行连接。
压力加载模块构成构件为滑块5，滑动轨道6，作用杆7，加载头8，作用筒9，传力块10。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。作用筒9通过加载头8将力传导在滑动轨道6上。滑动轨道6内置滑块5用于设定不同的工作宽度以适应不同长度的板条梁。滑块5和传力块10通过螺栓相连，因此传力块10的运动和滑块5的运动同步。在上层的滑动轨道6内的传力块10卡住夹板2的外侧平面。两段滑动轨道6的传力块10都支持在延长梁4上主要起到支持作用并且共同起到传递弯矩的作用。
本发明所进行的试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板条梁的受力变化。
通过采用若干根板条梁作为试验件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，可以保证试验的重复性，完成一次试验后重新更换一批板条梁即可进行下一次试验。
通过在两层夹板间的拉压力学传感器来模拟测量船甲板和船底扳轴向拉压力。
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，同时试验件上的力学及位移传感器也可获得弯矩-转角曲线。
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。
本试验采用的PWS-250型电液伺服疲劳试验机对试验件施加轴向静态和动态载荷。
本发明采用的夹板2通过垂直方向的连接螺栓实现试验件的紧固与放松。
在夹板2的上下板条梁位置各布置一个传感器3，即在夹板间共布置2个传感器，夹板2其余对称位置用普通螺栓连接。
将加载头8与作用筒9通过螺栓连接，并且将加载头8与滑块板条梁1通过螺栓紧固连接，使得加载头8作用在滑块板条梁1的中间。
将滑块5按路径外形装载在滑动轨道6里侧通道上。通过螺栓将滑块5与传力块10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。
后将由夹板2，传感器3，延长梁4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传力块10的垂向平面刚好与外侧夹板的外侧平面贴合。而传力块10的圆头部分顶在延长梁4之上，下层的滑块板条梁1相连的传力块10根据具体情况沿着滑轨方向偏移一定的距离。
最终根据试验要求将试验件插入夹板2的开槽之内，当所有要求板条梁试验件装在完毕后，通过连接螺栓紧固试验件。
组装完毕后开启设备，以恒定速度向下加载，通过作用筒9的匀速移动，加载头8对作用杆7施加压力，作用杆7的位移带动出传力块10对延长梁4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)

1.一种可随试验件长度调整的板条梁弯矩试验装置，其特征在于：包括实验用板条梁、双层夹板和压力加载模块；所述的双层夹板设置在实验用板条梁的左右两侧，双层夹板包括内层夹板和外层夹板，内层夹板与外层夹板通过第一力学传感器和第二力学传感器连接；所述的内层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；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层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；所述的第一力学传感器设置在内层夹板与外层夹板之间，且第一力学传感器位置与最上层实验用板条梁的位置对应；所述的第二力学传感器设置在内层夹板与外层夹板之间，且第二力学传感器位置与最下层实验用板条梁的位置对应；所述的外层夹板的外侧安装有延长梁；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层夹板外侧，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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