CN114166452A - 一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模型试验技术领域，具体涉及一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置及方法。本发明通过冰槽、升降系统、模型动力系统的布置能较好的模拟结构物碰冰时的实际状况，当冰槽处于平放状态时一层一层的注水制冰，可避免冰层中出现气孔；考虑到结构物与冰碰撞的真实状况，冰槽两端都需开口，则使得模型以一定速度撞向冰面时，另一端冰面无任何约束；通过平板车为试验模型提供不同的速度，平板车上设有用于固定模型的可调节的夹具，可提供不同尺度的模型试验，本发明可较好的模拟结构物与冰真实的碰撞情况，结构简单，节约成本，方便使用。
Description
技术领域
本发明属于模型试验技术领域，具体涉及一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置及方法。
背景技术
在维度较高的海域，冬季海上的浮冰在风浪流的作用下，会碰撞大型海洋工程结构物，如海上平台、极地船舶等，冰块与大型结构物的碰撞会对这些结构物造成不可逆的损害，导致安全性降低。工程结构破冰方面的研究还处在起步阶段，大多研究基于数值模拟，对于模型试验的研究较少。因此，对工程结构碰冰的试验研究十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置及方法。
一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，包括底板、冰槽、模型动力系统；所述冰槽为上下两端面无盖的槽体结构；所述模型动力系统包括轨道、平板车和夹具；所述冰槽与轨道安装在底板上；所述平板车安装在轨道上，由电机驱动；所述夹具安装在平板车上；所述冰槽与底板之间通过液压杆、升降杆连接，用于升降冰槽，并切换冰槽处于平放或直立的状态；所述冰槽处于平放状态时，用所述冰槽端盖封住冰槽的下端开口，从冰槽上端开口内分层注水，一层一层制冰，此方式制冰可避免一次性注水制冰时会产生气泡的现象。
进一步地，所述的平板车包括上层板、下层板，上层板与下层板之间通过液压升降装置连接，可使上层板处于不同的高度以及使上层板与下层板之间产生不同的角度。
进一步地，所述上层板上布置有两块密集开孔板；所述夹具由两块夹具短板组成，在夹具短板上开设有多个安装孔，密集开孔板与夹具短板上的安装孔配合，使夹具短板可固定在密集开孔板的不同位置，进而使夹具可夹持不同尺度的试验模型；所述夹具短板与密集开孔板之间布置有加强筋，用于提升夹具的刚度。
进一步地，所述冰槽为长方形箱体，在长方形箱体中间按一定尺寸开一个上下贯穿的开口，箱体的四个长边设计为圆柱形，圆柱半径尺寸与支座半径尺寸相同；所述冰槽内有刻度线，用于根据试验的不同要求，制作不同厚度的冰层；所述冰槽端盖与冰槽开口尺寸适配，用于在冰槽蓄水制冰时封闭冰槽，冰槽端盖与内侧铺有与冰槽开口大小相同的橡胶块用于密封开口。
一种工程结构碰冰横向冰载荷加载方法，包括以下步骤：
步骤1：布置工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，在底板上需加以重物压载，以增强整个试验装置的稳定性；
步骤2：通过液压杆与升降杆时冰槽处于平放状态时，用冰槽端盖封住冰槽的下端开口，从冰槽上端开口内分层注水，一层一层制冰；
步骤3：结束制冰后通过液压杆与升降杆将冰槽切换至直立状态，并拆卸冰槽端盖，使冰槽内两端冰面无任何约束；
步骤4：将试验模型安装在夹具上，通过电机驱动平板车进而带动试验模型撞击冰槽中的冰层。
本发明的有益效果在于：
本发明通过冰槽、升降系统、模型动力系统的布置能较好的模拟结构物碰冰时的实际状况，当冰槽处于平放状态时一层一层的注水制冰，可避免冰层中出现气孔；考虑到结构物与冰碰撞的真实状况，冰槽两端都需开口，则使得模型以一定速度撞向冰面时，另一端冰面无任何约束；通过平板车为试验模型提供不同的速度，平板车上设有用于固定模型的可调节的夹具，可提供不同尺度的模型试验，本发明可较好的模拟结构物与冰真实的碰撞情况，结构简单，节约成本，方便使用。
附图说明
图1是本发明中一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置的总体示意图。
图2是本发明中一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置的侧视图。
图3是本发明中冰槽平放时的侧视图。
图4是本发明中冰槽平放时的总体示意图。
图5是本发明中模型动力系统的示意图。
图中：1-底板；2-冰槽；3-冰槽端盖；4-橡胶块、5-液压杆；6-升降杆；7-螺栓；8-连接板；9-转轴；10-滑动支座；11-固定支座；12-轨道；13-平板小车；14-上层板；15-下层板；16-夹具；17-加强筋；18-开孔板；19-模型；20-刻度线；21-电机；22-螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提供一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，包括底板、冰槽、冰槽端盖、液压杆、升降杆、滑动支座、固定支座、轨道、平板车、连接板、夹具等。其中底板为整个模型实验装置的基础；冰槽用于制冰，为试验提供不同厚度的冰层；蓄水制冰时冰槽端盖用于封闭冰槽开口；液压杆用于升降冰槽，升降杆用于连接液压杆与冰槽，通过升降杆与液压杆的设置，可使冰槽处于平放和直立的状态；滑动支座与固定支座用于支撑冰槽，轨道与平板车为模型提供动力。当冰槽处于平放状态时一层一层的注水制冰，可避免冰层中出现气孔；平板车可为模型提供不同的速度，平板车上设有用于固定模型的可调节的夹具，可提供不同尺度的模型试验，本发明可较好的模拟结构物与冰真实的碰撞情况，结构简单，节约成本，方便使用。
一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，包括底板1、冰槽2、冰槽端盖3、模型动力系统；所述冰槽2为上下两端面无盖的槽体结构；所述模型动力系统包括轨道12、平板车13和夹具16；所述冰槽2与轨道12安装在底板1上；所述平板车13安装在轨道12上，由电机21驱动；所述夹具16安装在平板车13上；所述冰槽2与底板1之间通过液压杆5、升降杆6连接，用于升降冰槽2，并切换冰槽2处于平放或直立的状态；所述冰槽2处于平放状态时，用所述冰槽端盖3封住冰槽2的下端开口，从冰槽2上端开口内分层注水，一层一层制冰，此方式制冰可避免一次性注水制冰时会产生气泡的现象。
所述的平板车13包括上层板14、下层板15，上层板14与下层板15之间通过液压升降装置连接，可使上层板14处于不同的高度以及使上层板14与下层板15之间产生不同的角度。
所述上层板14上布置有两块密集开孔板18；所述夹具16由两块夹具短板组成，在夹具短板上开设有多个安装孔，密集开孔板18与夹具短板上的安装孔配合，使夹具短板可固定在密集开孔板18的不同位置，进而使夹具16可夹持不同尺度的试验模型19；所述夹具短板与密集开孔板18之间布置有加强筋17，用于提升夹具16的刚度。
所述冰槽2为长方形箱体，在长方形箱体中间按一定尺寸开一个上下贯穿的开口，箱体的四个长边设计为圆柱形，圆柱半径尺寸与支座半径尺寸相同；所述冰槽2内有刻度线20，用于根据试验的不同要求，制作不同厚度的冰层；所述冰槽端盖3与冰槽2开口尺寸适配，用于在冰槽2蓄水制冰时封闭冰槽2，冰槽端盖3与内侧铺有与冰槽开口大小相同的橡胶块4用于密封开口。
一种工程结构碰冰横向冰载荷加载方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：布置工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，在底板上需加以重物压载，以增强整个试验装置的稳定性；
步骤2：通过液压杆5与升降杆6时冰槽2处于平放状态时，用冰槽端盖3封住冰槽2的下端开口，从冰槽2上端开口内分层注水，一层一层制冰；
步骤3：结束制冰后通过液压杆5与升降杆6将冰槽2切换至直立状态，并拆卸冰槽端盖3，使冰槽2内两端冰面无任何约束；
步骤4：将试验模型19安装在夹具16上，通过电机21驱动平板车13进而带动试验模型19撞击冰槽2中的冰层。
实施例1：
结合图1至图5，本发明基于底板1上建造一个用于模拟结构物碰冰的模型试验装置，包括冰槽2、冰槽端盖3、橡胶块4、液压杆5、滑动支座10、固定支座11等零部件组成，其中先将两组固定支座11和一组滑动支座10根据冰槽长度和厚度固定在相应的位置，支座用于支撑冰槽，支座与底板焊接连接；冰槽则是将一个长方形箱体中间按一定尺寸开一个上下贯穿的开口，箱体的四个长边设计为圆柱形，圆柱半径尺寸与支座半径尺寸相同，；所述冰槽端盖则是在冰槽蓄水制冰时封闭冰槽，冰槽端盖与冰槽相同的位置设有螺纹孔通过螺栓7连接，冰槽端盖内侧铺有与冰槽开口大小相同的橡胶块4用于密封开口；所述的液压杆5与升降杆6用于升降冰槽，两根升降杆通过转轴连接，连接板8与冰槽和底板之间通过螺栓紧固连接，液压杆与升降杆通过连接板连接底板和冰槽；所述模型动力系统，包括轨道12、平板车13，夹具16，液压杆，轨道12以焊接的方式固定在底板上，平板车通过电机21为其提供动力，平板车分为上下两层，上层板14与下层板15之间通过6个液压升降装置连接，升降不同位置的液压装置，可使上层板处于不同的高度以及使上下板之间产生不同的角度，进而可以使模型以不同的角度撞击冰面，上层甲板设有两块密集开孔板，夹具短板上同样设有开孔，开孔板18与夹具上的开孔板通过螺栓配合，夹具固定在开孔板不同的位置，用螺栓固定不同尺度的模型19，因此可满足各种尺度的模型试验。夹具上的加强筋17用于提高夹具的刚度。
底板为整个模型实验装置的基础；冰槽为四个长边为圆柱形的长方形箱体，在箱体两端开口，冰槽用于制冰，为试验提供不同厚度的冰层；所述冰槽端盖则在蓄水制冰时盖用于封闭冰槽开口；液压杆用于升降冰槽，两根升降杆通过转轴连接，两根升降杆则通过连接板分别固定冰槽与底板上，通过升降杆与液压杆的设置，可使冰槽处于平放和直立的状态；当冰槽处于平放状态时需要一层一层的注水制水，此种制冰方式可以避免冰层中产生气孔；滑动支座与固定支座用于支撑冰槽，轨道与平板车为模型提供动力。
用于制冰的冰槽内部设有刻度线，根据试验的不同要求，制作不同厚度的冰层；冰槽端盖可灵活拆卸，当冰槽处于平放状态用于制冰时，冰槽端盖与冰槽通过螺栓紧固连接，当冰槽处于直立状态用于试验时，冰槽端盖则需卸下来，使两端冰面无任何约束。
模型动力系统，包括轨道、平板车，夹具，液压杆，平板车分为上下两层，上下板之间通过6个液压升降装置连接，通过升降不同位置的液压装置，可使上层板处于不同的高度以及使上下板之间产生不同的角度，进而可以使模型以不同的角度撞击冰面；夹具上打螺栓孔，通过螺栓固定形式固定模型，夹具的尺度可调节，因此可满足各种尺度的模型试验。
如图3，冰槽处于蓄水制冰的工作状态，现用冰槽端盖封住下端开口，从上端开口分层注水，一层一层制冰，此方式制冰可避免一次性注水所制冰会产生气泡的现象，冰槽内有刻度线，根据试验的不同要求，制作不同厚度的冰层。
如图2，试验开始前，冰槽通过升降装置使冰槽处于试验时的直立状态，用夹具固定好模型，试验开始后平板车以试验所需速度撞击冰面，在模型上布置一些加速传感器、应变片等设备用于采集数据。
底板上需加以重物压载，以增强整个试验装置的稳定性，试验开始后试验相关人员应远离试验装置，模型与冰层撞击后可能会产生碎冰，避免碎冰伤及人员。
综上所述本发明提供一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，包括底板、冰槽、冰槽端盖、液压杆、升降杆、滑动支座、固定支座、轨道、平板车、连接板、夹具等。其中底板为整个模型实验装置的基础；冰槽用于制冰，为试验提供不同厚度的冰层；蓄水制冰时冰槽端盖用于封闭冰槽开口；液压杆用于升降冰槽，升降杆用于连接液压杆与冰槽，通过升降杆与液压杆的设置，可使冰槽处于平放和直立的状态；滑动支座与固定支座用于支撑冰槽，轨道与平板车为模型提供动力。当冰槽处于平放状态时一层一层的注水制冰，可避免冰层中出现气孔；平板车可为模型提供不同的速度，平板车上设有用于固定模型的可调节的夹具，可提供不同尺度的模型试验，本发明可较好的模拟结构物与冰真实的碰撞情况，结构简单，节约成本，方便使用。
本发明主要目的在于依据目前针对结构物碰冰研究处于起步阶段，且进行实船破冰试验成本较高，效率低而设计的一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置。(1)该试验装置通过冰槽、升降系统、模型动力系统的布置能较好的模拟结构物碰冰时的实际状况，且结构简单，建造方便，成本低。(2)考虑到结构物与冰碰撞的真实状况，冰槽两端都需开口，则使得模型以一定速度撞向冰面时，另一端冰面无任何约束。(3)模型动力系统为模型提供动力，则建造模型不需为其安装动力系统，也可只建造构件的某些部分，针对这些部位单独进行考核。
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 (5)
1.一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，其特征在于：包括底板(1)、冰槽(2)、冰槽端盖(3)、模型动力系统；所述冰槽(2)为上下两端面无盖的槽体结构；所述模型动力系统包括轨道(12)、平板车(13)和夹具(16)；所述冰槽(2)与轨道(12)安装在底板(1)上；所述平板车(13)安装在轨道(12)上，由电机(21)驱动；所述夹具(16)安装在平板车(13)上；所述冰槽(2)与底板(1)之间通过液压杆(5)、升降杆(6)连接，用于升降冰槽(2)，并切换冰槽(2)处于平放或直立的状态；所述冰槽(2)处于平放状态时，用所述冰槽端盖(3)封住冰槽(2)的下端开口，从冰槽(2)上端开口内分层注水，一层一层制冰，此方式制冰可避免一次性注水制冰时会产生气泡的现象。
2.根据权利要求1所述的一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，其特征在于：所述的平板车(13)包括上层板(14)、下层板(15)，上层板(14)与下层板(15)之间通过液压升降装置连接，可使上层板(14)处于不同的高度以及使上层板(14)与下层板(15)之间产生不同的角度。
3.根据权利要求2所述的一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，其特征在于：所述上层板(14)上布置有两块密集开孔板(18)；所述夹具(16)由两块夹具短板组成，在夹具短板上开设有多个安装孔，密集开孔板(18)与夹具短板上的安装孔配合，使夹具短板可固定在密集开孔板(18)的不同位置，进而使夹具(16)可夹持不同尺度的试验模型(19)；所述夹具短板与密集开孔板(18)之间布置有加强筋(17)，用于提升夹具(16)的刚度。
4.根据权利要求1所述的一种工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，其特征在于：所述冰槽(2)为长方形箱体，在长方形箱体中间按一定尺寸开一个上下贯穿的开口，箱体的四个长边设计为圆柱形，圆柱半径尺寸与支座半径尺寸相同；所述冰槽(2)内有刻度线(20)，用于根据试验的不同要求，制作不同厚度的冰层；所述冰槽端盖(3)与冰槽(2)开口尺寸适配，用于在冰槽(2)蓄水制冰时封闭冰槽(2)，冰槽端盖(3)与内侧铺有与冰槽开口大小相同的橡胶块(4)用于密封开口。
5.基于权利要求1的一种工程结构碰冰横向冰载荷加载方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：布置工程结构碰冰横向冰载荷加载装置，在底板上需加以重物压载，以增强整个试验装置的稳定性；
步骤2：通过液压杆(5)与升降杆(6)时冰槽(2)处于平放状态时，用冰槽端盖(3)封住冰槽(2)的下端开口，从冰槽(2)上端开口内分层注水，一层一层制冰；
步骤3：结束制冰后通过液压杆(5)与升降杆(6)将冰槽(2)切换至直立状态，并拆卸冰槽端盖(3)，使冰槽(2)内两端冰面无任何约束；
步骤4：将试验模型(19)安装在夹具(16)上，通过电机(21)驱动平板车(13)进而带动试验模型(19)撞击冰槽(2)中的冰层。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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