CN114894625B - 船用加筋板复杂极端载荷加载装置 - Google Patents

船用加筋板复杂极端载荷加载装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种船用加筋板复杂极端载荷加载装置，包括加筋板，所述加筋板上部设置有侧压的重物，还包括横向加载模块、纵向加载模块、横向固定模块、纵向夹持模块和测量模块；所述横向加载模块包括设置在加筋板右侧的横向加载器，所述纵向加载模板包括设置在加筋板下部的纵向加载器，所述横向固定模块包括设置在加筋板左侧的固定装置，所述测量模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、垂向传感器和应变片。本发明通过两组油顶装置同时加载，能够实现大载荷双轴压缩和任意载荷比加载。

Description

船用加筋板复杂极端载荷加载装置
技术领域
本发明涉及船体结构复杂载荷测试领域，更具体地说，涉及一种船用加筋板复杂极端载荷加载装置。
背景技术
加筋板结构因为其焊接工艺简单、结构轻，一直以来是船体的基本组成结构。在恶劣的海况下，船体结构在海浪作用下会受到多向复杂载荷的联合作用。起到主要承载作用的甲板、船底板、舷侧板等结构不再是在单一载荷作用下发生屈曲失效，需要对多种组合载荷同时作用下板格的耦合力学性能和后屈曲特性进行分析。
目前，针对凹陷损伤结构的后屈曲特性和剩余承载能力研究工作还局限在理论分析和数值计算层面，缺乏相应的试验支撑，相关的简化凹痕损伤模型还需要试验数据的进一步验证。另外，目前研究主要考虑单向轴压载荷的作用，当大型船舶在恶劣海况中航行时，船舶的运动状态和遭受的载荷多种多样，各种载荷作用呈现出高度耦合的特点。波浪与船舶运动的相互作用使得船体梁在危险工况下承受多种载荷的联合作用，而不再是单一载荷的形式。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够实现大载荷双轴压缩和任意载荷比加载的船用加筋板复杂极端载荷加载装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种船用加筋板复杂极端载荷加载装置，包括加筋板，所述加筋板上部设置有侧压重物，还包括横向加载模块、纵向加载模块、横向固定模块、纵向夹持模块和测量模块；
所述横向加载模块包括设置在加筋板右侧的横向加载器，所述横向加载器右侧通过第一板夹与第一箱型梁固定连接，所述第一箱型梁两端分别与第一门夹、第二门夹固定连接，所述横向加载器左侧设置有第一滑移梁，所述第一滑移梁两端分别与第一滑移板、第二滑移板固定连接，所述第一滑移板与第一滑轮装置滑动连接，所述第一滑轮装置和第一门夹固定连接，所述第二滑移板与第二滑轮装置滑动连接，所述第二滑轮装置和第二门夹固定连接，所述第一滑移梁的另一侧固定设置有延伸装置，所述延伸装置的另外一侧设置有第一夹持板，所述第一夹持板与加筋板之间留有间隙；
所述纵向加载模板包括设置在加筋板下部的纵向加载器，所述纵向加载器下侧通过第二板夹与第二门夹固定连接，所述纵向加载器上侧设置有第二滑移梁，所述第二滑移梁两端分别与第三滑移板、第四滑移板固定连接，所述第三滑移板与第三滑轮装置滑动连接，所述第三滑轮装置与第二箱型梁固定连接，所述第四滑移板与第二滑轮装置滑动连接，所述第二滑轮装置与第二门夹固定连接，第二滑移梁另外一侧固定设置有第二夹持板，所述第二夹持板与加筋板之间留有间隙；
所述横向固定模块包括设置在加筋板左侧的固定装置，所述固定装置与加筋板固定连接，所述固定装置与第二箱型梁固定连接，所述第二箱型梁两侧分别与第一门夹、第二门夹固定连接；
所述纵向夹持模块包括设置在加筋板上部的夹持装置，所述夹持装置与加筋板之间留有间隙，所述夹持装置与第一门夹固定连接；
所述测量模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、垂向传感器和应变片，所述第一压力传感器设置在横向加载器左侧末端，所述第二压力传感器设置在纵向加载器上侧末端，所述第一位移传感器设置在加筋板右侧且用以测量加筋板的纵向位移，所述第二位移传感器设置加筋板下部侧面且用以测量加筋板的横向位移，所述垂向传感器设置在加筋板上部且用以测量加筋板的垂向位移，所述应变片设置在加筋板的节点上且用以测量重要节点的应力。
按上述方案，所述第一夹持板与加筋板之间留有5-10mm间隙，所述第二夹持板与加筋板之间留有5-10mm间隙，所述夹持装置与加筋板之间留有5-10mm间隙。
按上述方案，所述第二滑轮装置内设置有横向滑轮组和纵向滑轮组，所述第二滑移板在第二滑轮装置的横向滑轮组上横向滑动，所述第四滑移板在第二滑轮装置的纵向滑轮组上纵向滑动。
按上述方案，所述第一滑移梁和第二滑移梁均为标准件。
按上述方案，所述横向加载器和纵向加载器均为提供轴向压力的液压油顶。
实施本发明的船用加筋板复杂极端载荷加载装置，具有以下有益效果：
1、本发明通过横向加载器、纵向加载器两组加载油顶同步加载，在硬件上有极大的改进，能够实现双向大载荷轴压，能够实现任意载荷比加载；
2、本发明通过压载块可模拟加筋板面外均布水压作用，实现双向轴压和水压共同作用的复杂载荷工况。
3、本发明加筋板的边界为固支、简支、夹持等边界自由组合而成，边界条件可根据实际情况灵活改变；
4、本发明通过滑轮装置、滑移梁、夹持板来传递油顶压力，可以实现加筋板加载端的夹持边界条件，与传统的自由边界条件相比，更符合实际工况。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明船用加筋板复杂极端载荷加载装置的结构示意图；
图2是本发明的第一压力传感器和第二压力传感器布置图
图3是本发明的第一压力传感器与横向加载器、第二压力传感器和纵向加载器的结构示意图；
图4是本发明第一位移传感器、第二位移传感器和垂向位移传感器的布置图；
图5是本发明的横向加载模块结构示意图；
图6是本发明的纵向加载模块结构示意图；
图7是本发明的横向固定模块结构示意图；
图8是本发明的纵向夹持模块结构示意图；
图9是本发明的第一滑轮装置结构示意图；
图10是本发明的第二滑轮装置结构示意图；
图11是本发明的第三滑轮装置结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-11所示，本发明的船用加筋板复杂极端载荷加载装置，包括加筋板1，加筋板1上部设置有侧压重物，还包括横向加载模块、纵向加载模块、横向固定模块、纵向夹持模块和测量模块。
横向加载模块包括设置在加筋板1右侧的横向加载器2，横向加载器2为提供轴向压力的液压油顶。横向加载器2右侧通过第一板夹11与第一箱型梁12固定连接，第一箱型梁12两端分别与第一门夹13、第二门夹14固定连接，横向加载器2左侧第一滑移梁15，第一滑移梁15两端分别与第一滑移板16、第二滑移板17固定连接，第一滑移板16与第一滑轮装置18滑动连接，第一滑轮装置18和第一门夹13固定连接，第二滑移板17与第二滑轮装置19滑动连接，第二滑轮装置19和第二门夹14固定连接，第一滑移梁15的另一侧固定设置有延伸装置20，延伸装置20的另外一侧设置有第一夹持板21，第一夹持板21与加筋板1之间留有间隙，间隙为5-10mm。第二滑轮装置19内设置有横向滑轮组和纵向滑轮组，第二滑移板17在第二滑轮装置19的横向滑轮组上横向滑动，第四滑移板25在第二滑轮装置19的纵向滑轮组上纵向滑动。
纵向加载模板包括设置在加筋板1下部的纵向加载器3，纵向加载器3为提供轴向压力的液压油顶。纵向加载器3一端通过第二板夹22与第二门夹14固定连接，纵向加载器3上侧设置有第二滑移梁23，第二滑移梁23两端分别与第三滑移板24、第四滑移板25固定连接，第三滑移板24与第三滑轮装置26滑动连接，第三滑轮装置26与第二箱型梁27固定连接，第四滑移板25与第二滑轮装置19滑动连接，第二滑轮装置19与第二门夹14固定连接，第二滑移梁23另外一侧固定设置有第二夹持板28，第二夹持板28与加筋板1之间留有间隙，间隙为5-10mm。
横向固定模块包括设置在加筋板1左侧的固定装置4，固定装置4与加筋板1固定连接，固定装置4与第二箱型梁27固定连接，第二箱型梁27两侧分别与第一门夹13、第二门夹14固定连接。
纵向夹持模块包括设置在加筋板1上部的夹持装置5，夹持装置5与加筋板1之间留有间隙，间隙为5-10mm。夹持装置5与第一门夹13固定连接。
测量模块包括第一压力传感器6、第二压力传感器7、第一位移传感器8、第二位移传感器9、垂向传感器10和应变片，第一压力传感器6设置在横向加载器2左侧末端，第二压力传感器7设置在纵向加载器3上侧末端，第一位移传感器8设置在加筋板1右部侧面且用以测量加筋板1的纵向位移，第二位移传感器9设置加筋板1下部侧面之间且用以测量加筋板1的横向位移，垂向传感器10设置在加筋板1上部且用以测量加筋板的垂向位移，应变片设置在加筋板的节点上且用以测量重要节点的应力。第一滑移梁15和第二滑移梁23均为标准件。
本发明的优选实施例中，包括加筋板1及压载在加筋板1上的侧压重物；在加筋板1的右侧设置有横向加载模块，横向加载模块包括用以顶紧加筋板1横向一侧的横向加载器2；在加筋板1的底部设置有纵向加载模块，纵向加载模块包括用以顶紧加筋板1纵向一侧的纵向加载器3；在加筋板1的左侧设置有横向固定模块，横向固定模块包括用以固定加筋板1横向一侧的固定装置4；在加筋板1的顶部设置有纵向夹持模块，纵向夹持模块包括用以夹持加筋板1纵向一侧的夹持装置5。还包括测量模块，测量模块包括设置于横向加载器2左侧末端的第一压力传感器6和设置于纵向加载器3上册末端的第二压力传感器7，第一压力传感器8设置在加筋板1右部侧面用以测量加筋板1横向位移，第二压力传感器9设置加筋板1下部侧面用以测量加筋板1纵向位移，垂向传感器10设置在加筋板1上部的垂向位移传感器10和应变片。测量模块用来实时记录载荷大小以及加筋板1的位移。
本发明的优选实施例中，横向加载模块还包括用以固定横向加载器2的第一板夹11及第一箱型梁12，第一板夹11与第一箱型梁12之间为螺栓固定连接，第一箱型梁12的两端分别用螺栓与第一门夹13、第二门夹14固定连接。横向加载器2作用于第一滑移梁15，第一滑移梁15两侧分别与第一滑移板16、第二滑移板17螺栓固定连接，第一滑移板16受力后在第一滑轮装置18上滑动向前，第一滑轮装置18和第一门夹13之间为螺栓固定连接；第二滑移板17在第二滑轮装置19上滑动，第二滑轮装置19与第二门夹14进行螺栓固定连接。延伸装置20与第一滑移梁15、第一夹持板21与延伸装置20之间均为螺栓固定连接，第一夹持板21与加筋板1之间留5mm间隙，保证加筋板1该侧处于夹持状态。
本发明的优选实施例中，纵向加载模块还包括用以固定纵向加载器3的第二板夹22及第二门夹14，第二板夹22与第二门夹14之间为螺栓固定连接。纵向加载器3作用于第二滑移梁23，第二滑移梁23两侧分别与第三滑移板24、第四滑移板25螺栓固定连接，第三滑移板24在第三滑轮装置26上滑动，第三滑轮装置26与第二箱型梁27之间螺栓固定连接；第四滑移板25在第二滑轮装置19上滑动，第二滑轮装置19与第二门夹14进行螺栓连接。第二夹持板28与第二滑移梁23之间螺栓固定连接，第二夹持板28与加筋板1之间有5mm间隙，保证加筋板1该侧处于夹持状态。
本发明的优选实施例中，横向固定模块包括固定装置4，固定装置4与加筋板1之间螺栓固定连接，加筋板1该侧约束状态为刚性固定。固定装置4与第二箱型梁27之间为螺栓固定连接，第二箱型梁27两侧与第一门夹13、第二门夹14均为螺栓固定连接，保证加筋板1该侧处于固支状态。
本发明的优选实施例中，纵向夹持模块包括夹持装置5，夹持装置5上下两端与加筋板1一侧之间留5mm间隙，保证加筋板1该侧为夹持状态，夹持装置5与第一门夹13之间为螺栓固定连接。
本发明船用加筋板的加载步骤具体如下：
S1、将加筋板1所需监测的重要部位贴好应变片，应变片连接应变仪；
S2、将加筋板1放在升降机上，调整高度至轴心位置；
S3、将加筋板1四周边界约束，将加载器放在指定位置，实现预加载，观察力传感器读数，载荷达到100KN以上可认为已实现预加载；
S4、在控制系统设置分级加载载荷表，可以设置任意载荷比，以实现同步加载，
S5、开始同步加载，应变仪和传感器记录数据。
本发明的加筋板1四周约束条件为固支、简支、夹持等边界自由组合而成，加筋板1非加载边的两端，一端设计为固支边界，另一端设计为夹持边界。固支端通过螺栓与支撑横梁固连，夹持端通过工装支架提供支撑约束作用。加载端通过油顶提供双向压缩载荷，双加载边边界均为夹持状态，由延伸工装、滑移梁和滑轮装置保证载荷能够较为均匀有效地传递到加筋板1。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种船用加筋板复杂极端载荷加载装置，包括加筋板，所述加筋板上部设置有侧压重物，其特征在于，还包括横向加载模块、纵向加载模块、横向固定模块、纵向夹持模块和测量模块；
所述横向加载模块包括设置在加筋板右侧的横向加载器，所述横向加载器右侧通过第一板夹与第一箱型梁固定连接，所述第一箱型梁两端分别与第一门夹、第二门夹固定连接，所述横向加载器左侧设置有第一滑移梁，所述第一滑移梁两端分别与第一滑移板、第二滑移板固定连接，所述第一滑移板与第一滑轮装置滑动连接，所述第一滑轮装置和第一门夹固定连接，所述第二滑移板与第二滑轮装置滑动连接，所述第二滑轮装置和第二门夹固定连接，所述第一滑移梁的另一侧固定设置有延伸装置，所述延伸装置的另外一侧设置有第一夹持板，所述第一夹持板与加筋板之间留有间隙；
所述纵向加载模板包括设置在加筋板下部的纵向加载器，所述纵向加载器下侧通过第二板夹与第二门夹固定连接，所述纵向加载器上侧设置有第二滑移梁，所述第二滑移梁两端分别与第三滑移板、第四滑移板固定连接，所述第三滑移板与第三滑轮装置滑动连接，所述第三滑轮装置与第二箱型梁固定连接，所述第四滑移板与第二滑轮装置滑动连接，所述第二滑轮装置与第二门夹固定连接，第二滑移梁另外一侧固定设置有第二夹持板，所述第二夹持板与加筋板之间留有间隙；
所述横向固定模块包括设置在加筋板左侧的固定装置，所述固定装置与加筋板固定连接，所述固定装置与第二箱型梁固定连接，所述第二箱型梁两侧分别与第一门夹、第二门夹固定连接；
所述纵向夹持模块包括设置在加筋板上部的夹持装置，所述夹持装置与加筋板之间留有间隙，所述夹持装置与第一门夹固定连接；
所述测量模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、垂向传感器和应变片，所述第一压力传感器设置在横向加载器左侧末端，所述第二压力传感器设置在纵向加载器上侧末端，所述第一位移传感器设置在加筋板右侧且用以测量加筋板的纵向位移，所述第二位移传感器设置加筋板下部侧面且用以测量加筋板的横向位移，所述垂向传感器设置在加筋板上部且用以测量加筋板的垂向位移，所述应变片设置在加筋板的节点上且用以测量重要节点的应力。
2.根据权利要求1所述的船用加筋板复杂极端载荷加载装置，其特征在于，所述第一夹持板与加筋板之间留有5-10mm间隙，所述第二夹持板与加筋板之间留有5-10mm间隙，所述夹持装置与加筋板之间留有5-10mm间隙。
3.根据权利要求1所述的船用加筋板复杂极端载荷加载装置，其特征在于，所述第二滑轮装置内设置有横向滑轮组和纵向滑轮组，所述第二滑移板在第二滑轮装置的横向滑轮组上横向滑动，所述第四滑移板在第二滑轮装置的纵向滑轮组上纵向滑动。
4.根据权利要求1所述的船用加筋板复杂极端载荷加载装置，其特征在于，所述横向加载器和纵向加载器均为提供轴向压力的液压油顶。
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