RU169688U1

RU169688U1 - LOCAL ICE PRESSURE MEASURING PANEL FOR MODEL TESTS IN THE ICE POOL

Info

Publication number: RU169688U1
Application number: RU2016139832U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Апполонов; Владимир Александрович Коршунов; Дмитрий Александрович Пономарев; Александр Александрович Родионов
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2017-03-28

Abstract

Полезная модель относится к области судостроения, а именно к определению прочности конструкций ледостойких сооружений, и касается вопросов уточнения локальных ледовых нагрузок на ледостойкие сооружения на основе модельных испытаний в ледовом бассейне и, как следствие, снижения металлоемкости конструкций при сохранении заданного эксплуатационного ресурса. В предлагаемой полезной модели у измерительной панели локального ледового давления в качестве чувствительных элементов используются тензорезисторы. Предлагаемая измерительная панель устанавливается на опорный контур большой жесткости, который через шестикомпонентный динамометр крепится к буксировочной тележке. Техническим результатом является получение уточненной зависимости локального ледового давления от площади зоны контакта конструкции со льдом для конкретного ледостойкого сооружения по результатам его модельных испытаний в ледовом бассейне. 2 ил.The utility model relates to the field of shipbuilding, namely to determining the strength of structures of ice-resistant structures, and concerns the clarification of local ice loads on ice-resistant structures based on model tests in the ice pool and, as a result, reducing the metal consumption of structures while maintaining a given operational resource. In the proposed utility model, strain gauges are used as sensitive elements in the local ice pressure measuring panel. The proposed measuring panel is mounted on a support loop of high rigidity, which is attached to a towing carriage through a six-component dynamometer. The technical result is to obtain an updated dependence of local ice pressure on the area of the contact zone between the structure and ice for a specific ice-resistant structure according to the results of its model tests in the ice pool. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области судостроения, а именно к оценке прочности конструкций ледостойких сооружений, и касается вопросов увеличения достоверности прогнозирования расчетных локальных ледовых нагрузок на ледостойкие сооружения на основе модельных испытаний в ледовом бассейне и, как следствие, снижения металлоемкости конструкций при сохранении заданного эксплуатационного ресурса.The utility model relates to the field of shipbuilding, namely to assessing the structural strength of ice-resistant structures, and concerns the issues of increasing the reliability of predicting the calculated local ice loads on ice-resistant structures based on model tests in the ice pool and, as a result, reducing the metal consumption of structures while maintaining a given operational resource.

Большинство существующих нормативных способов регламентации расчетных локальных ледовых нагрузок базируется на эмпирическом подходе, получившим название pressure area curve (PAC) (зависимость давление - площадь). Согласно данному подходу ледовое давление (p), равномерно распределенное на площади контакта (A) конструкции, является некоторой функции площади A типаMost of the existing regulatory methods for regulating the calculated local ice loads are based on an empirical approach, called the pressure area curve (PAC) (pressure – area dependence). According to this approach, ice pressure (p) uniformly distributed over the contact area (A) of the structure is a function of area A of type

где α - эмпирический коэффициент.where α is an empirical coefficient.

Для построения зависимости вида (1) используются представительные базы данных о проводившихся экспериментах по измерению параметров ледовой нагрузки при различных площадях зоны контакта конструкции со льдом. Естественно, что для относительно малых площадей контакта имеется достаточный объем испытаний на малых и средних ледовых образцах для обоснованного прогнозирования величин средних давлений. С увеличением площади контакта, происходящим при переходе от нормирования прочности конструктивных элементов (пластин обшивки, балок основного набора) к балочным системам (перекрытиям), достоверность экспериментальных данных при испытании ледовых образцов снижается, а обеспечение необходимого уровня безопасности достигается использованием консервативного подхода, связанного с определенным перетяжелением сложных конструкций.To construct the dependence of the form (1), representative databases are used on the experiments performed to measure the ice load parameters for different areas of the contact zone between the structure and ice. Naturally, for relatively small contact areas, there is a sufficient amount of testing on small and medium ice samples to reasonably predict the average pressure values. With an increase in the contact area, which occurs during the transition from normalizing the strength of structural elements (sheathing plates, beams of the main set) to beam systems (floors), the reliability of experimental data when testing ice samples decreases, and the required level of safety is achieved using a conservative approach associated with a certain hauling complex structures.

Известна система для контроля ледовой нагрузки (заявка WO 2006117431 (A1)), основанная на использовании комбинации датчиков напряжений, каждый из которых выполнен с возможностью преобразования деформаций конструкции в сигнал, пропорциональный деформациям. Датчики устанавливаются в выбранной области определенным образом на настил, свободный поясок рамы, стенку рамной связи и в итоге формируют тензометрическую панель.A known system for monitoring ice load (application WO 2006117431 (A1)), based on the use of a combination of stress sensors, each of which is capable of converting structural deformations into a signal proportional to the deformations. The sensors are installed in the selected area in a certain way on the flooring, the free girdle of the frame, the wall of the frame connection and, as a result, form a strain gauge panel.

Известна измерительная панель ледового давления (патент RU 2559122 C2), работающая на основе пьезорезисторной молекулярной пленки, в которой одна из пластин содержит вырезанные углубления, заполненные пробками из редуцирующего материала, обладающего меньшим модулем упругости, чем материал обшивки панели датчиков.A known ice pressure measuring panel (patent RU 2559122 C2), operating on the basis of a piezoresistive molecular film, in which one of the plates contains cut-out recesses filled with plugs from a reducing material having a lower modulus of elasticity than the skin of the sensor panel.

Общим недостатком известных устройств является то, что они предназначены для монтирования на реальные объекты и служат для измерения напряжений и усилий в реальном времени, действующих на конкретный объект и больше относятся к системам мониторинга. При этом условия, при которых воздействует нагрузка могут различаться по периметру объекта, что не дает объективных представлений о возможных экстремальных нагрузках, возникающих при эксплуатации.A common disadvantage of the known devices is that they are designed for mounting on real objects and are used to measure stresses and forces in real time acting on a specific object and are more related to monitoring systems. At the same time, the conditions under which the load acts may vary along the perimeter of the object, which does not give objective representations of the possible extreme loads that arise during operation.

Техническим результатом полезной модели является получение зависимости давление-площадь (PAC) на основе модельных испытаний в ледовом бассейне, для достижения которого предлагается измерительная панель локального ледового давления. Панель характеризуется наличием трех измерительных окон различной площади с установленными на них датчиками-тензометрами и герметично прилеплена к опорному контуру, снабженному отверстиями для прокладки кабелей. Опорный контур соединен с буксировочной тележкой через динамометр с возможностью ее движения перпендикулярно ледовому полю.The technical result of the utility model is to obtain the pressure-area dependence (PAC) based on model tests in the ice basin, to achieve which a local ice pressure measuring panel is proposed. The panel is characterized by the presence of three measuring windows of various sizes with strain gauges installed on them and hermetically adhered to the support contour, equipped with holes for laying cables. The support contour is connected to the towing trolley through a dynamometer with the possibility of its movement perpendicular to the ice field.

Для этой цели используется методика измерений, которая характеризуется количеством и размерами измерительных окон, системой расположения датчиков-тензометров и процедурой обработки показаний этих датчиков. Для получения среднего локального ледового давления на каждое измерительное окно используется матрица коэффициентов влияния. Коэффициенты данной матрицы формируются исходя из показаний датчиков-тензометров при единичном нагружении. Данная процедура наиболее точно описывает жесткостные характеристики измерительной панели по сравнению с использованием численных процедур метода конечных элементов.For this purpose, a measurement technique is used, which is characterized by the number and size of the measurement windows, the location system of the strain gauge sensors and the procedure for processing the readings of these sensors. To obtain the average local ice pressure at each measurement window, a matrix of influence coefficients is used. The coefficients of this matrix are formed on the basis of the readings of the strain gauges at a single load. This procedure most accurately describes the stiffness characteristics of the measuring panel compared to the use of numerical procedures of the finite element method.

Для достижения технического результата предлагается проводить специальные комплексные испытания в ледовом бассейне. Локальную ледовую нагрузку предлагается замерять, используя специальную измерительную панель 1, показанную на фиг. 1. Панель имеет три измерительных окна, обладающих меньшей толщиной и имеющих различные площади. В рамках геометрического подобия площади окон соответствуют площадям конкретного натурного сооружения, рассматриваемым при расчете прочности, а именноTo achieve a technical result, it is proposed to conduct special comprehensive tests in the ice pool. It is proposed to measure the local ice load using the special measuring panel 1 shown in FIG. 1. The panel has three measuring windows, which are thinner and have different areas. Within the framework of geometric similarity, the area of the windows corresponds to the areas of a concrete natural structure, considered in the calculation of strength, namely

измерительное окно площадью (A1) соответствует пластинам обшивки;a measuring window of area (A1) corresponds to the sheathing plates;

измерительное окно площадью (A2) соответствует балкам основного набора;measuring window with area (A2) corresponds to the beams of the main set;

измерительное окно площадью (A3) соответствует перекрытию.measuring window with area (A3) corresponds to overlap.

Площадь всей панели, соответствующая натурному сооружению и воспринимающая глобальную нагрузку, обозначена (AG).The area of the entire panel, corresponding to the full-scale structure and absorbing the global load, is indicated (AG).

На измерительных окнах панели по определенной схеме располагаются датчики-тензометры 3.On the measuring windows of the panel according to a certain pattern, strain gauges 3 are located.

Эксперимент в ледовом бассейне предлагается проводить следующим образом. Измерительная панель 1 герметично устанавливается и прикрепляется к опорному контуру 2 (металлическому, фанерному и т.п.), в котором имеются отверстия 4 для прокладки кабелей. Жесткость опорного контура должна быть достаточно большой, чтобы исключить влияние его податливости на величину измеряемых нагрузок. Опорный контур через шестикомпонентный динамометр 5 крепится к буксировочной тележке 6 (фиг. 2), которая способна перемещаться перпендикулярно ледовому полю 7. При движении тележки ледовое поле воздействует как на всю панель, так и на каждое измерительное окно. При этом датчики-тензометры фиксируют локальное усилие на каждое из окон:An experiment in the ice pool is proposed as follows. The measuring panel 1 is hermetically mounted and attached to the supporting circuit 2 (metal, plywood, etc.), in which there are holes 4 for laying cables. The rigidity of the support contour should be large enough to exclude the influence of its compliance on the magnitude of the measured loads. The support loop through a six-component dynamometer 5 is attached to the towing trolley 6 (Fig. 2), which is able to move perpendicular to the ice field 7. When the trolley moves, the ice field affects both the entire panel and each measurement window. At the same time, strain gauges fix the local force on each of the windows:

F1 - локальное усилие, действующее на измерительное окно 1;F1 is the local force acting on the measuring window 1;

F2 - локальное усилие, действующее на измерительное окно 2;F2 - local force acting on the measuring window 2;

F3 - локальное усилие, действующее на измерительное окно 3;F3 - local force acting on the measuring window 3;

а динамометр фиксирует глобальное усилие FG на всю панель.and the dynamometer captures the global FG force across the entire panel.

По данным, полученным в результате измерений, определяются средние давления для каждого измерительного окна и для всей панелиAccording to the data obtained as a result of measurements, average pressures are determined for each measuring window and for the entire panel

К полученным данным добавляются результаты испытаний для малых и средних ледовых образцов. В результате имеется достаточно информации для построения уточненной зависимости типа 1.Test results for small and medium ice samples are added to the data obtained. As a result, there is enough information to build an updated type 1 dependency.

Claims

Local ice pressure measuring panel for model tests in the ice pool, characterized by the presence of three measuring windows of different sizes with strain gauges installed on them and hermetically attached to the support loop with cable holes, connected to the towing trolley through a dynamometer with the possibility of its movement perpendicular to the ice to the field.