JP3034416B2 - 浮体構造物の水槽実験用荷重負荷装置 - Google Patents

浮体構造物の水槽実験用荷重負荷装置

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JP3034416B2
JP3034416B2 JP6000354A JP35494A JP3034416B2 JP 3034416 B2 JP3034416 B2 JP 3034416B2 JP 6000354 A JP6000354 A JP 6000354A JP 35494 A JP35494 A JP 35494A JP 3034416 B2 JP3034416 B2 JP 3034416B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、洋上に係留された浮体
構造物の水理模型実験時に使用する浮体構造物の水槽実
験用荷重負荷装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、浮体構造物の水槽実験時に風力の
負荷を浮体構造物に負荷する装置としては、図7に示す
ように、浮体31に吹き付ける風を発生させるファン3
2を設けたもの、図8に示すように、浮体31に連結し
た索体33を滑車34を介して案内するとともに先端部
にウェイト35を取り付けたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図7の装置
は、設備が大掛かりとなり、通常一定回転のファンによ
る定常風力しか得られないという問題があった。(な
お、ファンの回転数を制御することにより変動風力が得
られるが、任意の風力を自在につくり出すことは極めて
困難で、極めて高コストとなる。)また図8の装置で
は、風力に相当するウェイト35を設けるため、常に一
定の力(すなわち定常風力)しか負荷できない、という
問題があった。
【0004】本発明は、上記問題点を解決して、簡単な
構造で低コストで提供でき、精度よく変動荷重を浮体構
造物に作用させることができる浮体構造物の水槽実験用
荷重負荷装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の浮体構造物の水槽実験用荷重負荷装置は、
係留された浮体内に、重心位置に舷側方向に配置された
受圧板と、重心位置の船首側および船尾側で船首尾方向
に配置された受圧板を設け、各受圧板に対応して、固定
側に設けられた回転支点を中心に回動自在に垂下されて
下端の作用点が前記各受圧板に当接する荷重負荷レバー
それぞれ設け、前記重心位置の受圧板に当接する荷重
負荷レバーにより舷側方向の負荷を与えるように構成す
るととも に、重心位置の船首側および船尾側の受圧板に
当接する荷重負荷レバーによりそれぞれ重心を中心とす
る水平回転モーメントを与えるように構成し、前記受動
点に連結部材を介してアクチュエーターの出力端を連結
し、このアクチュエーターに駆動信号を入力するととも
に、前記連結部材に介在された荷重検出器の出力信号に
基づいて駆動信号を制御する荷重制御装置を設けたもの
である。
【0006】また請求項2記載の発明は、上記構成にお
いて、連結部材にアクチュエータ保護用のコイルバネを
介在させ、荷重負荷レバーの作用点に受圧板に当接する
ボール体を設けるとともに、この荷重負荷レバーの回転
支点の位置を変位可能に構成したものである。さらに請
求項3記載の発明は、同一の受圧板または異なる受圧板
で、荷重負荷レバーの作用点を上下方向に所定距離隔て
て負荷を作用させることにより、上下方向の回転モーメ
ントを発生させるように構成したものである。
【0007】
【作用】上記請求項1記載の構成において、荷重制御装
置からたとえば変動負荷時系列に基づく駆動信号がアク
チュエーターに入力され、連結部材を介して荷重負荷レ
バーの作用点を押し引きする。これにより、荷重負荷レ
バーが回転支点を中心に回動されて作用点から受圧板
伝達され、浮体に舷側方向の負荷変動および重心を中心
とする水平回転モーメントの変動荷重を作用させて、組
み合わせにより水平面上のあらゆる方向の力を作用させ
ることができる。また、荷重検出器により連結部材に加
わる力が検出されて制御装置に入力され、受圧板に負荷
された力が演算され、適正な力が受圧板に負荷されるよ
うにアクチュエーターへの駆動信号が制御されるので、
浮体が変位することがあっても適正な力を受圧板に作用
させることができる。
【0008】また請求項2記載の構成において、連結部
材に介在されたコイルバネにより、浮体に過大な負荷が
加わった場合でもアクチュエータを保護することができ
る。また荷重負荷レバーの作用点にボール体を設けるこ
とにより、受圧板との摩擦に よる精度低下を防止するこ
とができる。さらに、荷重負荷レバーの回転支点の位置
を変位することにより、アクチュエータの出力を変化さ
せることなく受圧板に作用させる荷重を変化させること
ができる。
【0009】さらに請求項3記載の発明によれば、水平
面上におけるあらゆる方向の負荷と回転モーメントに加
えて、上下方向の回転モーメントを発生することがで
き、あらゆる種類の負荷変動を作用させることができ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明に係る船体模型の3次元風洞実
験用荷重負荷装置の一実施例を図1〜図6に基づいて説
明する。図1において、1は実験用水槽で、防舷材2間
に貯蔵船模型(浮体)3が係留索4により係留されてい
る。貯蔵船模型3の中央部には、上面が開口する凹部5
が形成され、図2に示すように、凹部5内に3枚の受圧
6A〜6Cが立設されている。各受圧板6A〜6Cに
対応して、固定側に、荷重制御装置7により受圧板6A
〜6Cに変動荷重を作用させる荷重負荷部8A〜8Cが
それぞれ設けられている。
【0011】各荷重負荷部8A〜8Cには、固定側すな
わち水槽1または実験室の建物側に取り付けられた支持
体11に、軸受を介して中間部の回転支点12aが回動
自在に支持された荷重負荷レバー12が垂下されて
る。この荷重負荷レバー12の下端作用端(作用点)1
2bには、錘となるとともに先端部が受圧板6A〜6C
に当接するアタッチメント13が取り付けられており、
このアタッチメント13には、図4に示すように、受圧
板6A〜6Cに当接するボール体13bが先端凹部13
a内に回転自在に保持され、このボール体13b受圧
板6A〜6Cに当接させることにより、受圧板6A〜6
Cへの当接時に摩擦力などの影響を受けにくいように考
慮されている。なお、この荷重負荷レバー12の回転支
点12aは、荷重負荷レバー12の回転支点12aに突
設されて軸受に支持された支持軸の装着位置をビスの着
脱により任意に変位させることができる。
【0012】また荷重負荷レバー12の上端の受動端
(受動点)12cと、水槽1または実験室の建物側に支
持された荷重負荷用のアクチュエーター14の出力部材
14aとの間は、ワイヤー(連結部材)15により互い
に連結されており、このワイヤー15のアクチュエータ
ー14側に、出力端14aの動きを力に変換するととも
に、貯留船模型3に大きな外力が働いた場合にアクチュ
エーター15を保護するためのコイルばね16が介在さ
れ、さらにコイルばね16と受動端12cの間にワイヤ
ー15の張力を検出するロードセル(荷重検出器)17
が介在されている。
【0013】なお、この荷重負荷レバー12の中間部に
回転支点12aを設けたが、この回転支点を荷重負荷レ
バー12の上端部に設け、受動端を中間部に設けること
もできる。前記アクチュエーター14は、直線運動を任
意に制御可能な油圧式シリンダー装置でもよいが、ここ
ではモーターとねじ軸を使用した直線運動機構が採用さ
れている。すなわち、図3に示すように、ガイドレール
21に案内されてスライド自在な移動体22を設け、こ
のガイドレール21に沿って配置された移動体22に形
成された雌ねじ部22aに螺合するねじ軸23を回転自
在に配置し、ねじ軸23の基端部に荷重発生用モーター
(ACサーボモーター)24の出力軸を連結して構成さ
れる。そして移動体22に設けた出力部材14aにワイ
ヤー15が連結されている。
【0014】荷重制御装置7は、予め作成された変動風
力の載荷重時系列に基づいて、荷重負荷レバー12のア
タッチメント13から受圧板6A〜6Cに、変動風に相
当する時系列荷重が負荷されるように、荷重負荷レバー
12を駆動する駆動信号を荷重発生用モーター24に入
力する。同時に、ロードセル17から出力されるワイヤ
ー15の張力検出信号から、アタッチメント13から受
圧板6A〜6Cに負荷された荷重を演算し、出力信号を
補正するように構成されている。したがって、貯蔵船模
型3が移動した場合でも適正な荷重を負荷することがで
きる。
【0015】これら受圧板6A〜6Cのうち、中央の重
心位置の設置される受圧板6Cは、舷側方向に配置され
て荷重負荷部8Cにより船首尾方向Xの負荷(風力)を
受け、船首側および船尾側の受圧板6A,6Bはそれぞ
れ船首尾方向に配置されて荷重負荷部7A,7Bにより
舷側方向Yの負荷を受けるように構成され、荷重負荷部
8A,8Bから受圧板6A,6Bに負荷される力によ
り、M1,M2方向に沿う水平回転モーメントを与える
ことができる。なお、同一または異なる受圧板で上下方
向に所定距離を隔てて荷重を作用させることにより、上
下方向の回転モーメントを発生させることもできる。
【0016】上記構成において、図5の(a)に荷重制
御装置7から荷重発生用モーター24に入力された入力
値の変動風荷重時系列を示し、この入力値により貯蔵船
模型3に実際に作用した計測値の変動風荷重時系列を
(b)に示し、時系列ベースで確認することができる。
また前記入力値と計測値のスペクトルによる比較を図6
の(a)と(b)に示し、時系列をFFT(高速フーリ
エ変換)解析したスペクトルベースで確認することがで
きる。
【0017】上記グラフによれば、荷重発生用モーター
24と貯蔵船模型3との間に介在物があっても、時系列
ベースおよびスペクトルベースとも、荷重発生用モータ
ー24に入力された時系列データが充分な精度で貯蔵船
模型3に作用していることが判明した。上記実施例によ
れば、 (1)荷重制御装置7から変動風時系列に基づく駆動信
号により、アクチュエーター14を不規則的に駆動して
貯蔵船模型3に変動荷重を作用させることができる。 (2)ワイヤー15にコイルばね16を介装したので、
貯蔵船模型3に過大な外力が作用した場合でも、アクチ
ュエーター14を保護することができる。 (3)回転支点12aを変位させることにより、回転支
点12aと作用端12b、回転支点12aと受動端12
cの長さの比率を変化させてアクチュエーター14の出
力を変化させること無く、受圧板6A〜6Cに作用させ
る荷重を変化させることができる。 (4)アタッチメント13に設けたボール体13bによ
り、受圧板6A〜6Cへの当接が滑らかになり、摩擦に
よる精度低下を防止できる。 (5)荷重負荷部8A〜8Cと受圧板6A〜6Cの配置
と組み合わせにより、水平面上におけるあらゆる方向の
力を作用させることができ、さらに水平はもとより作用
点の上下変位により発生可能な垂直方向の回転モーメン
トも自由に発生させることができる。 (6)荷重制御装置7からアクチュエーター14に入力
される駆動信号を変化させることにより、あらゆる種類
の変動風荷重を作用させることができ、もちろん定常風
負荷も作用させることができる。
【0018】上記実施例では、風洞実験用の実施例を示
したが、波力によるものおよび風力と波力の複合による
負荷も可能である。
【0019】
【発明の効果】以上に述べたごとく請求項1記載の発明
によれば、荷重制御装置からの駆動信号によりアクチュ
エーターを介して荷重負荷レバーを回動させ、受圧板
介して浮体に荷重を作用させることができ、前記駆動信
号を変動させることにより変動荷重を浮体に作用させる
ことができる。そして、浮体に舷側方向の負荷変動およ
び重心を中心とする水平回転モーメントの変動荷重を作
用させ、その組み合わせにより水平面上のあらゆる方向
の力および回転モーメントを作用させることができる。
また荷重制御装置により、荷重検出器により取り出した
信号に基づいて駆動信号を制御するので、浮体が変位す
ることがあっても適正な負荷を受圧板に作用させること
ができる。したがって、精度よく変動荷重を浮体に作用
させることができ、簡単な構造で、低コストで製作する
ことができる。
【0020】また請求項2記載の構成において、連結部
材に介在されたコイルバネにより、浮体に過大な負荷が
加わった場合でもアクチュエータを保護することができ
る。 また荷重負荷レバーの作用点にボール体を設けるこ
とにより、受圧板との摩擦による精度低下を防止するこ
とができる。さらに荷重負荷レバーの回転支点の位置を
変位することにより、アクチュエータの出力を変化させ
ることなく受圧板に作用させる荷重を変化させることが
できる。
【0021】さらに請求項3記載の発明によれば、水平
面上におけるあらゆる方向の負荷と回転モーメントに加
えて、上下方向の回転モーメントを発生することがで
き、あらゆる種類の負荷変動を作用させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る船体模型の3次元風洞実験用荷重
負荷装置の一実施例を示す側面図である。
【図2】同荷重負荷装置を示す全体配置図である。
【図3】同荷重負荷装置のアクチュエーターを示す構成
図である。
【図4】同荷重負荷装置のアタッチメントを示す側面部
分断面図である。
【図5】(a)はアクチュエーターへの入力値の変動風
荷重時系列を示すグラフ、(b)はこの入力値により貯
蔵船模型に作用した計測値の変動風荷重時系列を示すグ
ラフである。
【図6】(a)は図5(a)のスペクトルによる入力値
を示すグラフ、(b)は図5(b)のスペクトルによる
計測値を示すグラフである。
【図7】従来の荷重負荷装置を示す概略構成図である。
【図8】従来の他の荷重負荷装置を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1 水槽 3 貯蔵船模型 5 凹部 6A〜6C 受圧板 7 荷重制御装置 8A〜8C 荷重負荷部 12 荷重負荷レバー 12a 回転支点 12b 作用端 12c 受動端 14 アクチュエーター 15 ワイヤー 16 コイルばね 17 ロードセル 24 荷重発生用モーター
フロントページの続き (72)発明者 黒井 昌明 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−43537(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 10/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】係留された浮体内に、重心位置に舷側方向
    に配置された受圧板と、重心位置の船首側および船尾側
    で船首尾方向に配置された受圧板を設け、 各受圧板に対応して、 固定側に設けられた回転支点を中
    心に回動自在に垂下されて下端の作用点が前記各受圧板
    当接する荷重負荷レバーをそれぞれ設け、前記重心位置の受圧板に当接する荷重負荷レバーにより
    舷側方向の負荷を与えるように構成するとともに、重心
    位置の船首側および船尾側の受圧板に当接する荷重負荷
    レバーによりそれぞれ重心を中心とする水平回転モーメ
    ントを与えるように構成し、 前記受動点に連結部材を介してアクチュエーターの出力
    端を連結し、 このアクチュエーターに駆動信号を入力するとともに、
    前記連結部材に介在された荷重検出器の出力信号に基づ
    いて駆動信号を制御する荷重制御装置を設けたことを特
    徴とする浮体構造物の水槽実験用荷重負荷装置。
  2. 【請求項2】 連結部材にアクチュエータ保護用のコイル
    バネを介在させ、 荷重負荷レバーの作用点に受圧板に当接するボール体を
    設けるとともに、 この荷重負荷レバーの回転支点の位置を変位可能に構成
    した ことを特徴とする請求項1記載の浮体構造物の水槽
    実験用荷重負荷装置。
  3. 【請求項3】 同一の受圧板または異なる受圧板で、荷重
    負荷レバーの作用点を上下方向に所定距離隔てて負荷を
    作用させることにより、上下方向の回転モーメントを発
    生させるように構成した ことを特徴とする請求項1また
    は2記載の浮体構造物の水槽実験用荷重負荷装置。
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KR101421597B1 (ko) * 2013-01-10 2014-07-22 부산대학교 산학협력단 부유체 시험용 계류로프 길이조절장치 및 그 작동방법
KR101877037B1 (ko) * 2017-12-19 2018-07-12 한국해양과학기술원 모형 실험용 계류계 앵커의 위치 조절 장치 및 방법
KR102127190B1 (ko) * 2020-04-28 2020-06-26 한국해양과학기술원 스프링을 이용한 절단계류 모형시험 장치

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