CN112945764A - 模型冰的弯曲强度测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明作为通过安装在冰海水槽的一部分而对模型冰的弯曲强度进行测定的装置，其特征在于，包括：装置主体，通过对上述模型冰的表面进行冲击而对上述模型冰的弯曲强度进行测定；结合单元，通过安装在上述装置主体的一部分而将上述装置主体结合到上述并接水槽；水平移动单元，通过沿着长度方向安装在上述结合单元的一部分而在上述模型冰的上部对水平移动方向进行导向；冲击单元，安装在上述水平移动单元的下部，在将上述水平移动单元前后移动的同时对上述模型冰的表面进行冲击；以及，控制器，安装在上述装置主体的一部分，通过分别连接到上述水平移动单元以及上述冲击单元而对上述水平移动单元以及上述冲击单元的工作进行控制。

Description

模型冰的弯曲强度测定装置
技术领域
本发明涉及一种模型冰的强度测定装置，尤其涉及一种在模型冰上移动到所设定的位置的同时通过打击对其弯曲强度进行测定的模型冰的弯曲强度测定装置。
背景技术
为了设计和建造破冰船舶并对其破冰性能进行确认，在实际的海冰(Sea ice)现场执行各种试验最为准确，但是在实际上却并不可能。因此，通常是在宽度和长度为几十米、深度为几米的水槽中执行模型试验。为了可以成功地执行模型试验，必须通过向淡水混合特定的添加物(如乙二醇(Ethylene Glycol)、脂肪族除垢剂(Aliphatic Detergent)等)而生成尽可能地与实际冰海域的海冰相同的20至100mm厚度的“模型冰(Model ice)”并准确地对模型冰的刚度物性值进行测定。
通过对船舶在冰海域中的破冰过程进行观察可以发现，在最初冰层与船首部发生接触时，将在侵入过程中发生压缩破坏，而随着基础面积的逐渐增加，冰层的破坏样式将从压缩破坏转换成弯曲破坏。因此，在作用于冰层的垂直力成分的力量大于冰层的弯曲强度的情况下，将在冰层中发生弯曲破坏。所以，在执行模型试验时会通过相似定律将冰的弯曲强度模拟成实际的设计条件，而在通过模型试验对船舶的破冰性能进行分析时，会在对结果进行补正时将模型冰的弯曲强度作为主要变量使用，因此必须准确地对模型冰的弯曲强度进行测量。目前在韩国船舶及海洋工程研究所(KRISO)冰海水槽中，是按照国际船模拖曳水池会议(ITTC)冰分部推荐的步骤通过悬臂试验对模型冰的弯曲强度进行测定，在模型冰层中建造悬臂之后以通过推拉力计测量到的破坏时的最大荷重以及悬臂规格为基础，按照下述公式(1)进行计算(ITTC，2014)。
Figure BDA0002777136650000011
其中，P代表悬臂的破坏荷重，L代表悬臂的长度，w代表悬臂的宽度，h代表悬臂的厚度，而悬臂的厚度×宽度×长度的比例采用1×2×5。
通常，在如图1所示的模型冰层上建造悬臂之后，通过用手按压推拉力计而对模型冰的弯曲强度进行测量，但是在通过如上所述的方法测量弯曲强度时，可能会发生所测量到的弯曲强度受到人为误差(human error)影响的问题。
此外，为了避免在向悬臂末端加载荷重时试片受到浮力影响，要求加载荷重时的加载速度约为2～4mm/s左右，但是在手动测量时难以准确地对加载速度进行控制，而如上所述的影响会导致难以准确地测量出弯曲强度的问题。因此，本发明拟开发出一种可以改善如上所述的问题的弯曲强度测定装置。
先行技术文献
专利文献
(专利文献0001)大韩民国注册专利第10-1840391号
专利内容
因此，本发明至在解决如上所述的现有问题，本发明拟解决的课题在于提供一种可以轻易地安装到收容有模型冰的冰海水槽中的模型冰的弯曲强度测定装置。
此外，提供一种在对模型冰的弯曲强度进行测定时可以对冲击为止进行变更并对速度以及压力进行控制的模型冰的弯曲强度测定装置。
但是，本发明拟达成的技术课题并不限定于在上述内容中提及的技术课题，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员将可以通过下述记载进一步明确理解未被提及的其他技术课题。
本发明的目的在于解决如上所述的现有技术中存在的问题，作为通过安装在冰海水槽的一部分而对模型冰的弯曲强度进行测定的装置，可以包括：装置主体，通过对上述模型冰的表面进行冲击而对上述模型冰的弯曲强度进行测定；结合单元，通过安装在上述装置主体的一部分而将上述装置主体结合到上述并接水槽；水平移动单元，通过沿着长度方向安装在上述结合单元的一部分而在上述模型冰的上部对水平移动方向进行导向；冲击单元，安装在上述水平移动单元的下部，在将上述水平移动单元前后移动的同时对上述模型冰的表面进行冲击；以及，控制器，安装在上述装置主体的一部分，通过分别连接到上述水平移动单元以及上述冲击单元而对上述水平移动单元以及上述冲击单元的工作进行控制。
此外，上述结合单元，可以包括：安装块，以可分离的方式结合到上述冰海水槽的一部分；以及，连接支架，安装在上述安装块上，对上述水平移动单元与上述安装块进行连接。
此外，上述安装块，可以是利用磁力安装在上述并接水槽的磁性块。
此外，上述水平移动单元，可以包括：轮廓，制作成所设定的长度且一端连接到上述结合单元；直线移动(LM)导轨，安装在上述轮廓的下部，通过与上述冲击单元连接而使上述冲击单元在上述轮廓内部前后移动；以及，直线移动(LM)导轨操纵杆，通过配备于上述直线移动(LM)导轨的一部分而对上述直线移动(LM)导轨的工作进行控制。
此外，上述冲击单元，可以包括：电动线性执行机构，通过安装在上述水平移动单元的下端而向上述模型冰上下升降；以及，冲击器，安装在上述电动线性执行机构的下部，随着上述电动线性执行机构的升降对上述模型冰的表面进行冲击。
此外，还可以包括：称重传感器，连接到上述控制器，通过安装在上述冲击单元的一部分而对上述模型冰破坏时的破坏强度进行测定。
此外，可以利用上述控制器对上述冲击单元的冲击压力以及冲击速度进行控制。
在适用本发明的一实施例中，为了便于安装以及组装到冰海水槽的踏板上，可以通过利用磁性块结合末端并在块前端安装连接支架而对铝轮廓与磁性块进行连接。
在适用本发明的一实施例中，可以通过在铝轮廓的下端安装线性移动(LM)导轨以及利用线性移动(LM)导轨操纵杆在作业踏板上前后移动的同时进行测量。
在适用本发明的一实施例中，可以通过在铝轮廓的下端安装电动线性执行机构而在上下方向上调节高度以及在加载荷重时对其加载速度进行控制，并通过在电动线性执行机构的末端安装称重传感器而对模型冰破坏时的破坏强度进行测定。
但是，本发明可以达成的效果并不限定于在上述内容中提及的效果，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员将可以通过下述记载进一步明确理解未被提及的其他效果。
附图说明
本说明书中所附的下述附图只是对本发明的较佳实施例进行的例示，其目的在于与后续的本发明的详细说明一起帮助理解本发明的技术思想，对本发明的解释并不应该限定于附图中所记载的事项。
图1是适用本发明之一实施例的模型冰的弯曲强度测定装置的斜视图。
图2是上述测定装置的下部侧斜视图。
图3是上述测定装置的侧面图。
图4是适用本发明之一实施例的模型冰的弯曲强度测定装置的块图。
【符号说明】
10：测定装置
30：冰海水槽
50：冰海水槽踏板
60：模型冰
70：无线通信模块
100：装置主体
200：结合单元
210：安装块(磁性块)
220：连接支架
300：水平移动单元
310：轮廓
320：直线移动(LM)导轨
330：直线移动(LM)导轨操纵杆
400：冲击单元
410：电动线性执行机构
420：冲击器
500：控制器
600：称重传感器
具体实施方式
接下来，将参阅附图对适用本发明的实施例进行详细的说明，以便于具有本发明所属技术领域之一般知识的人员轻易地实施本发明。但是，对本发明的说明只是用于对其结构乃至功能进行说明的实施例，本发明的权利要求范围并不应该解释为因为在本文中进行说明的实施例而受到限定。即，因为可以对实施例进行各种变更并采用多种形态，因此本发明的权利要求范围应理解为包括可以实现其技术思想的均等物。此外，本发明中所公开的目的或效果并不是指特定的实施例必须包括全部效果或只能包括相应的效果，所以本发明的权利要求范围并不应该理解为因此而受到限定。
在本发明的叙述中所使用的术语应该按照下述方式进行理解。
如“第1”、“第2”等术语只是用于将一个构成要素与其他构成要素进行区分，权利要求范围并不因为相应的术语而受到限定。例如，第1构成要素也可以被命名为第2构成要素，同理，第2构成要素也可以被命名为第1构成要素。当记载为某个构成要素与其他构成要素“连接”时，虽然可以与上述其他构成要素直接连接，但是应该理解为两者之间还可以有其他构成要素存在。而与此相反，当记载为某个构成要素与其他构成要素“直接连接”时，应该理解为两者之间没有其他构成要素存在。此外，用于对构成要素之间的关系进行说明的其他表达，如“在～之间”和“直接在～之间”或“与～相邻”和“直接与～相邻”等也应该按照相同的方式做出解释。
除非上下文中有明确的相反含义，否则单数型语句应该理解为还包括复数型含义，而如“包括”或“具有”等术语只是用于表明所列的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或上述之组合存在，并不应该理解为预先排除一个或多个其他特征、数字、动作、构成要素、部件或上述之组合存在或被附加的可能性。
除非另有不同的定义，否则在本文中所使用的所有术语的含义与具有本发明所属技术领域之一般知识的人员所通常理解的含义相同。通常所使用的已在词典中做出定义的术语应该解释为与在相关技术的上下文中的含义一致，除非在本发明中做出明确的定义，否则不应该解释为过于理想化或夸张形式的含义。
图1是适用本发明之一实施例的模型冰的弯曲强度测定装置的斜视图，图2是上述测定装置的下部侧斜视图，图3是上述测定装置的侧面图，图4是适用本发明之一实施例的模型冰的弯曲强度测定装置的块图。
如图1至图4所示，作为通过安装在冰海水槽的一部分而对模型冰的弯曲强度进行测定的装置，本发明可以包括装置主体100、结合单元200、水平移动单元300、冲击单元400以及控制器500。
装置主体100可以通过对模型冰60的表面进行冲击而对模型冰60的弯曲强度进行测定。
结合单元200可以通过安装在装置主体100的一部分而将装置主体100结合到冰海水槽30中。
结合单元200可以包括安装块210以及连接支架220。
安装块210可以以可分离的方式结合到冰海水槽30的一部分。
安装块210可以是利用磁力安装到冰海水槽30上的磁性块。具体来讲，安装块210可以将装置主体100安装到冰海水槽30的踏板50上，从而使其可以利用冲击单元400执行模型冰60的冲击试验。因此，安装块210可以是便于结合到金属材料的冰海水槽30的踏板50上或从中取下的带有磁力的磁性块，可以是永久磁铁或电磁铁。
当安装块210为电磁铁时，可以在控制器500的控制下对其工作进行控制，即，可以根据作业人员的需要向安装块210加载电力并借此为电磁铁赋予磁力，从而轻易地站辅导冰海水槽30的踏板50上或从中取下。
当磁性块210为电磁铁时，可以在控制器500的控制下加载电源并借此提供磁力。具体来讲，电磁铁(electromagnet)320是一种在有电流流过时被磁化而在断开电流时还原至未被磁化的原始状态的磁铁，与无论是否有电流供应都始终维持磁性的永久磁铁不同。当导线中有电流流过时，将在导线周围形成同心圆形状的磁场。利用如上所述的原理，可以获得无法利用永久磁铁获得的非常强大的磁场。当电磁铁的铁芯被磁化成一定的程度之后，即使是继续增加电流也不会进一步被磁化。这被称之为磁饱和状态。
电磁铁可以通过人为地调整电流而轻易地改变磁场的强度。借此，广泛地适用于从通信设备的继电器到可以抬升1t(吨)以上重物的电磁式起重机。
连接支架220安装在安装块210上，可以对水平移动单元300与安装块210进行连接。具体来讲，连接支架220可以通过如螺栓或夹钳等方式固定到安装块210上，而且，还可以利用如螺栓或夹钳等方式进一步固定到轮廓310上。
水平移动单元300可以通过沿着长度方向安装在结合单元200的一部分而在模型冰60的上部对水平移动方向进行导向。
水平移动单元300可以包括轮廓310、直线移动(LM)导轨320以及直线移动(LM)导轨操纵杆330。
轮廓310可以利用铝制作成所设定的长度，而其一端可以连接到结合单元200。
直线移动(LM)导轨320安装在轮廓310的下部，可以通过与冲击单元400连接而使冲击单元400在轮廓310内部前后移动。
直线移动(LM)导轨320用于对在制造装置中生产出的部件和各种资材等进行移送或对加工装置等进行移送，主要是在直线移动时使用。直线移动(LM)导轨320可以包括直线结构的导轨以及通过球体与上述导轨接触并进行移动的块。
具体来讲，直线移动(LM)导轨320可以包括：块，通过与形成有导向槽的轨道结合而被导轨导向移动；多个球，安装在块上，通过与导向槽的表面接触而使得球可以沿着导向槽平滑地移动；以及，空气喷射装置，通过向块的内侧面以及导向槽之间喷射空气而借助于所喷射出的空气的压力减小球与导向槽之间的接触力。
直线移动(LM)导轨操纵杆330可以通过配备于直线移动(LM)导轨320的一部分而对直线移动(LM)导轨320的工作进行控制。
具体来讲，直线移动(LM)导轨操纵杆330可以通过安装在直线移动(LM)导轨320的一部分而借助于外力加压进行拉动或推动，从而将直线移动(LM)导轨320固定到轮廓310上或在轮廓310内部左右移动直线移动(LM)导轨。
冲击单元400安装在水平移动单元300的下部，可以通过前后移动水平移动单元300而对模型冰60的表面进行冲击。
冲击单元400可以包括电动线性执行机构410以及冲击器420。
电动线性执行机构410可以通过安装在水平移动单元300的下端而向模型冰60上下升降。
具体来讲，电动线性执行机构410为了在将螺母部件连接到中空旋转轴中时插入轴承的锁紧螺母以及防止电动电机与螺丝传动装置的结合自由度受到限定，可以采用在电动电机的中空旋转轴一端部直接形成如螺丝孔等结合部并通过附件连接或直接通过螺丝传动装置的螺母部件一体连接到相应的结合部中的构成。
冲击器420安装在电动线性执行机构410的下部，可以随着电动线性执行机构410的升降对模型冰60的表面进行冲击。具体来讲，冲击器420可以利用耐久性优秀的金属材质制作成所设定的长度的棒状或杆状形状，可以通过将电动线性执行机构410的震动直接传递到模型冰60的表面而进行冲击。
控制器500安装在装置主体100的一部分，可以通过分别连接到水平移动单元300以及冲击单元400而对水平移动单元300以及冲击单元400的工作进行控制。
冲击单元400的冲击压力以及冲击速度是被控制器500控制，从而可以按照作业人员所设定的压力以及速度对模型冰的表面进行冲击。
此外，可以通过在装置主体中独立配备连接到控制器500中的显示屏而对冲击单元的冲击速度和压力以及通过称重传感器测定到的模型冰破坏时的强度等进行显示。
此外，在控制器500中可以配备无线通信模块70，从而通过如无线网络(WiFi)通信模块、蓝牙通信模块以及紫蜂通信模块中的某一个与外部的移动终端等进行联动，以便于在外部也可以实时地了解到工作的控制状况。
适用本发明的测定装置10还可以包括称重传感器600。
称重传感器600连接到控制器500，可以通过安装在冲击单元400的一部分而对模型冰60破坏时的破坏强度进行测定。具体来讲，称重传感器600安装在冲击器420的末端，可以对在持续冲击模型冰60表面的过程中发生破坏时的破坏强度进行测定。
在适用本发明的一实施例中，为了便于安装以及组装到冰海水槽的踏板50上，可以通过利用磁性块210结合末端并在块前端安装连接支架220而对铝轮廓310与磁性块210进行连接。
在适用本发明的一实施例中，可以通过在铝轮廓310的下端安装线性移动(LM)导轨320以及利用线性移动(LM)导轨操纵杆330在作业踏板上前后移动的同时进行测量。
在适用本发明的一实施例中，可以通过在铝轮廓310的下端安装电动线性执行机构410而在上下方向上调节高度以及在加载荷重时对其加载速度进行控制，并通过在电动线性执行机构410的末端安装称重传感器而对模型冰60破坏时的破坏强度进行测定。
在上述内容中公开的对本发明之较佳实施例的详细说明，只是为了便于相关从业人员实现和实施本发明。虽然在上述内容中参阅本发明的较佳实施例进行了说明，但是相关技术领域的熟练的从业人员应可以理解，本发明可以在不脱离本发明之领域的范围内进行各种修改以及变更。例如，相关从业人员可以以对上述实施例中所记载的各个构成进行相互组合的方式使用。因此，本发明并不因为在此介绍的实施形态而受到限定，而是应该赋予与在此公开的原理以及新特征一致的最宽泛的范围。
本发明可以在不脱离本发明的精神以及必要特征的范围内以其他特定的形态实现。因此，上述详细说明在所有方面都只是示例性的内容，而不应该解释为是限定性的内容。本发明的范围应通过对所附的权利要求书做出的合理解释进行确定，与本发明等价的范围内的所有变更均包含于本发明的范围之内。本发明并不因为在此介绍的实施形态而受到限定，而是应该赋予与在此公开的原理以及新特征一致的最宽泛的范围。此外，可以通过对权利要求书中没有明确的引用关系的权利要求进行结合而构成实施例，或通过申请之后的补正包括新的权利要求。

Claims (7)

1.一种模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于：
作为通过安装在冰海水槽的一部分而对模型冰的弯曲强度进行测定的装置，包括：
装置主体，通过对上述模型冰的表面进行冲击而对上述模型冰的弯曲强度进行测定；
结合单元，通过安装在上述装置主体的一部分而将上述装置主体结合到上述并接水槽；
水平移动单元，通过沿着长度方向安装在上述结合单元的一部分而在上述模型冰的上部对水平移动方向进行导向；
冲击单元，安装在上述水平移动单元的下部，在将上述水平移动单元前后移动的同时对上述模型冰的表面进行冲击；以及，
控制器，安装在上述装置主体的一部分，通过分别连接到上述水平移动单元以及上述冲击单元而对上述水平移动单元以及上述冲击单元的工作进行控制。
2.根据权利要求1所述的模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于：
上述结合单元，包括：
安装块，以可分离的方式结合到上述冰海水槽的一部分；以及，
连接支架，安装在上述安装块上，对上述水平移动单元与上述安装块进行连接。
3.根据权利要求1所述的模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于：
上述安装块是利用磁力安装在上述并接水槽的磁性块。
4.根据权利要求1所述的模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于：
上述水平移动单元，包括：
轮廓，制作成所设定的长度且一端连接到上述结合单元；
直线移动(LM)导轨，安装在上述轮廓的下部，通过与上述冲击单元连接而使上述冲击单元在上述轮廓内部前后移动；以及，
直线移动(LM)导轨操纵杆，通过配备于上述直线移动(LM)导轨的一部分而对上述直线移动(LM)导轨的工作进行控制。
5.根据权利要求1所述的模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于：
上述冲击单元，包括：
电动线性执行机构，通过安装在上述水平移动单元的下端而向上述模型冰上下升降；以及，
冲击器，安装在上述电动线性执行机构的下部，随着上述电动线性执行机构的升降对上述模型冰的表面进行冲击。
6.根据权利要求1所述的模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于，还包括：
称重传感器，连接到上述控制器，通过安装在上述冲击单元的一部分而对上述模型冰破坏时的破坏强度进行测定。
7.根据权利要求1所述的模型冰的弯曲强度测定装置，其特征在于：
利用上述控制器对上述冲击单元的冲击压力以及冲击速度进行控制。
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