本發(fā)明涉及浮式設(shè)施物理型試驗(yàn)中護(hù)舷非線(xiàn)性彈性模量模擬領(lǐng)域,具體涉及一種模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置。

背景技術(shù)：

船舶海洋工程中，物理模型試驗(yàn)是研究風(fēng)、浪、流等海洋環(huán)境動(dòng)力對(duì)浮式設(shè)施(船舶、浮式建筑物如浮碼頭、海洋平臺(tái)等)的作用及影響、解決工程應(yīng)用問(wèn)題的重要手段，而護(hù)舷非線(xiàn)性彈性模量模擬和護(hù)舷力-變形測(cè)量是多浮體試驗(yàn)中的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)之一。護(hù)舷又稱(chēng)橡膠護(hù)木，是安裝在碼頭或船舶上，用以吸收船舶與碼頭或船舶之間在靠岸或系泊時(shí)的碰撞能量、緩沖撞擊力，以保護(hù)船舶、碼頭免受損壞。目前，根據(jù)橡膠護(hù)舷行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，橡膠護(hù)舷硫化后，對(duì)其質(zhì)量的檢驗(yàn)通常是對(duì)橡膠護(hù)舷進(jìn)行物理機(jī)械性能測(cè)試和力學(xué)性能測(cè)試。

目前試驗(yàn)室還沒(méi)有安裝在浮式設(shè)施物理模型上的能同時(shí)滿(mǎn)足護(hù)舷非線(xiàn)性彈性模量模擬和護(hù)舷力-變形測(cè)量的模擬裝置；試驗(yàn)室對(duì)非線(xiàn)性彈性模擬大都基于線(xiàn)性模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)護(hù)舷非線(xiàn)性力學(xué)性能曲線(xiàn)，一般采用分段線(xiàn)性擬合法，即對(duì)其力-變形曲線(xiàn)進(jìn)行合理分段(一般分為2-3段)，對(duì)每段曲線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)性模擬?，F(xiàn)有技術(shù)中，大多使用大型彈性模量模擬與護(hù)舷力-變形測(cè)量裝置，具體參考圖1，圖2是該裝置受力變形到極限時(shí)的工作狀態(tài)；圖3是該裝置模擬的非線(xiàn)性彈性模量曲線(xiàn)。其中，撞擊點(diǎn)01是浮體模型與護(hù)舷的接觸位置；應(yīng)變片04用來(lái)測(cè)量護(hù)舷力；剛性連接桿02、連接塊05和旋轉(zhuǎn)桿09共同組成裝置的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，以模擬護(hù)舷的收縮變形；配重塊10模擬圖3中彈性模量的e1’部分；第一彈簧07用來(lái)配合模擬彈性模量的e2’部分；第二彈簧06用來(lái)配合模擬彈性模量的e3’部分；限位螺絲08以調(diào)整護(hù)舷的最大收縮量；變形測(cè)量桿12下還連接位移傳感器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置體積較大，此裝置安裝在固定平臺(tái)上，不受重量和體積的限制。

其工作過(guò)程如下：撞擊點(diǎn)01受到的浮體模型的擠靠力f傳遞給裝置的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，應(yīng)變片04測(cè)出護(hù)舷力，同時(shí)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)帶著配重塊10圍繞旋轉(zhuǎn)軸03旋轉(zhuǎn)，此時(shí)模擬的是非線(xiàn)性彈性模量的e1’部分；隨著擠靠力增大，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)開(kāi)始?jí)嚎s第一彈簧07，此時(shí)模擬的是非線(xiàn)性彈性模量的e2’部分；擠靠力進(jìn)一步增大，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)開(kāi)始?jí)嚎s第二彈簧06，此時(shí)模擬的是非線(xiàn)性彈性模量的e3’部分。

現(xiàn)有的大型彈性模量模擬與護(hù)舷力-變形測(cè)量裝置的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需調(diào)節(jié)配重塊重量、彈簧長(zhǎng)度、彈簧安裝位置、限位螺絲長(zhǎng)度，各部分的參數(shù)配合才能調(diào)出需要的非線(xiàn)性彈性模量，其率定時(shí)間長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是裝置體積較大，相應(yīng)的裝置重量也非常大，單個(gè)裝置的重量達(dá)到2kg；其只能固定在試驗(yàn)平臺(tái)上，無(wú)法安裝在浮式設(shè)施模型上；如安裝到浮式設(shè)施模型上，會(huì)導(dǎo)致浮體的慣性矩發(fā)生較大改變，重心位置發(fā)生明顯偏移，對(duì)浮體本身質(zhì)量較小的模型試驗(yàn)根本無(wú)法滿(mǎn)足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提出一種模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置，利用分段線(xiàn)性擬合非線(xiàn)性彈性模量的思路，將護(hù)舷模擬裝置簡(jiǎn)單化、小型化、輕量化，并可安裝在浮體上。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置，包括底座、與底座連接的彈性嵌套部以及與彈性嵌套部連接的碰撞頭；所述底座與彈性嵌套部之間設(shè)置有力傳感器，以測(cè)量模擬裝置受力大?。?/p>

所述彈性嵌套部包括通桿、內(nèi)套筒、后套筒以及前套筒，所述通桿、后套筒和前套筒上還分別設(shè)置有泄壓孔；后套筒的一端與底座相連，另一端設(shè)置有止擋部；所述內(nèi)套筒的外徑小于外套筒的內(nèi)徑，內(nèi)套筒和后套筒可沿內(nèi)套筒長(zhǎng)度方向相對(duì)滑動(dòng)；所述內(nèi)套筒的一端設(shè)置有與止擋部配合的限位凸起，以防止后套筒和內(nèi)套筒相脫離，內(nèi)套筒的另一端通過(guò)前套筒連接至碰撞頭；

所述通桿的一端為底盤(pán)，與力傳感器相連接，另一端伸入內(nèi)套筒內(nèi)部，且設(shè)置有階梯肩、并延伸有縮徑凸柱；在通桿上還套設(shè)有第一彈性體，所述第一彈性體的兩端分別與通桿的底盤(pán)與內(nèi)套筒的限位凸起相接觸，當(dāng)?shù)谝粡椥泽w受力壓縮時(shí)，內(nèi)套筒相對(duì)后套筒和通桿滑動(dòng)；

所述前套筒包括通過(guò)一隔板隔離的第一容納腔和第二容納腔，所述隔板上設(shè)置有可使所述縮徑凸柱穿過(guò)的通孔，且第一容納腔和第二容納腔內(nèi)分別設(shè)置有第二彈性體和第三彈性體，第二彈性體與內(nèi)套筒之間以及第三彈性體與隔板之間還分別設(shè)置有第一墊片和第二墊片。

進(jìn)一步的，所述第一彈性體、第二彈性體和第三彈性體采用彈簧或橡膠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

本發(fā)明提出的模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝置的體積和重量大大減小，僅重40g左右，使用和安裝靈活方便，可以直接安裝在浮式設(shè)施模型上，不需要調(diào)整參數(shù)、率定速度快。

將模型和儀器合為一體，利用彈簧良好的線(xiàn)性彈性模量，分段模擬護(hù)舷的非線(xiàn)性彈性模量，并且在模擬非線(xiàn)性彈性模量的同時(shí)可測(cè)量護(hù)舷的力和變形，有效解決浮式設(shè)施物理型試驗(yàn)中護(hù)舷非線(xiàn)性彈性模量模擬以及護(hù)舷力-變形的測(cè)量問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有大型彈性模量模擬與護(hù)舷力-變形測(cè)量裝置示意圖；

圖2為圖1中的測(cè)量裝置受力后結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所述裝置模擬的非線(xiàn)性彈性模量曲線(xiàn)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置爆炸圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置爆炸剖面示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置組裝后的剖面示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置第一彈簧壓縮時(shí)的剖面示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置通桿圖第一墊片接觸時(shí)的剖面示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例所述第一彈簧和第二彈簧同時(shí)壓縮時(shí)的剖面示意圖；

圖10本發(fā)明實(shí)施例所述通桿與第二墊片接觸時(shí)的剖面示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧同時(shí)壓縮時(shí)的剖面示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置達(dá)到最大壓縮量時(shí)的剖面示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例所述模擬裝置模擬非線(xiàn)性彈性模量曲線(xiàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更加清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

具體的，參考圖4、圖5，模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置爆炸圖模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置，包括底座1、與底座1連接的彈性嵌套部以及與彈性嵌套部連接的碰撞頭2；所述底座1與彈性嵌套部之間設(shè)置有力傳感器3，以測(cè)量模擬裝置受力大??；

所述彈性嵌套部包括通桿4、內(nèi)套筒5、后套筒6以及前套筒7，所述通桿4、后套筒6和前套筒7上還分別設(shè)置有泄壓孔s，在水下使用時(shí)，用以排出模擬裝置內(nèi)的水；結(jié)合圖6可以看出，后套筒6的一端與底座1螺紋相連，另一端設(shè)置有止擋部61，從圖中可以看出，內(nèi)套筒5的外徑小于外套筒6的內(nèi)徑，且內(nèi)套筒5的一端設(shè)置有與止擋部61配合的限位凸起51，以防止內(nèi)套筒5和后套筒6沿內(nèi)套筒5長(zhǎng)度方向相對(duì)滑動(dòng)時(shí)相脫離，且所述止擋部61緊貼內(nèi)套筒5外壁，內(nèi)套筒5的另一端通過(guò)前套筒7連接至碰撞頭2。

另外，圖6中，所述通桿4的一端為底盤(pán)41，與力傳感器3相連接，另一端伸入內(nèi)套筒5內(nèi)部，且設(shè)置有階梯肩42、并延伸有縮徑凸柱43；在通桿4上還套設(shè)有第一彈性體o，所述第一彈性體o的兩端分別與通桿底盤(pán)41與內(nèi)套筒5的限位凸起51相接觸，當(dāng)?shù)谝粡椥泽wo受力壓縮時(shí)，內(nèi)套筒5相對(duì)后套筒6和通桿4滑動(dòng)。所述前套筒7包括通過(guò)一隔板71隔離的第一容納腔72和第二容納腔73，所述隔板71上設(shè)置有可使所述縮徑凸柱43穿過(guò)的通孔74，且第一容納腔72和第二容納腔73內(nèi)分別設(shè)置有第二彈性體p和第三彈性體q，第二彈性體p與內(nèi)套筒5之間以及第三彈性體q與隔板71之間還分別設(shè)置有第一墊片m和第二墊片n，本實(shí)施例中，所述第一彈性體、第二彈性體和第三彈性體均采用彈簧，當(dāng)然，也可以采用其他彈性材料替代，在此不詳述。

本實(shí)施例提出的模型試驗(yàn)用小型護(hù)舷模擬裝置，將模型和儀器合為一體，利用彈簧良好的線(xiàn)性彈性模量，分段模擬護(hù)舷的非線(xiàn)性彈性模量；其設(shè)計(jì)核心為多個(gè)彈簧的分段受力，初始階段第一彈簧o受力，彈簧的彈性模量已知，設(shè)為e1，受力增大后，第一彈簧o和第二彈簧p同時(shí)受力，設(shè)其綜合彈性模量為e2，以此類(lèi)推，當(dāng)?shù)谝粡椈蒾、第二彈簧p和第三彈簧q同時(shí)受力時(shí)，設(shè)三個(gè)彈簧的綜合彈性模量為e3，依次類(lèi)推，可將非線(xiàn)性彈性模量通過(guò)彈簧分段串聯(lián)受力達(dá)到分段模擬的目的。

具體的，如圖6所示，為模擬裝置不受力時(shí)的結(jié)構(gòu)圖，3個(gè)彈簧不受力，此時(shí)力傳感器讀數(shù)為0，該模擬裝置變形為0；圖7中，當(dāng)碰撞頭2受力后，通過(guò)與其連接的前套筒7和內(nèi)套筒5，在內(nèi)套筒的限位凸起51作用下壓縮第一彈簧o，第一彈簧o將力作用在通桿底盤(pán)41上，由通桿底盤(pán)41將作用力傳遞給力傳感器3，假設(shè)此時(shí)力傳感器讀數(shù)為f1，則模擬裝置變形x1為x1＝f1/e1，由此可得到變形及受力大?。粓D8中，受力繼續(xù)增大，第一彈簧(即第一彈性體)o繼續(xù)壓縮，到達(dá)e1段受力最大時(shí)值時(shí)，通桿4上的階梯肩42接觸第一墊片m，繼續(xù)增大受力，參考圖9，則通桿4同時(shí)壓縮第一彈簧o和第二彈簧p，兩個(gè)彈簧的綜合彈性模量為e2，此時(shí)力傳感器讀數(shù)為f2，變形x2＝(f2-f1max)/e2+x1max，其中，f1max為彈性模量e1段達(dá)到最大壓縮形變時(shí)所受力的大小，x1max為彈性模量e1段最大壓縮量；當(dāng)受力進(jìn)一步增大后，第一彈簧和第二彈簧繼續(xù)壓縮，通桿上縮徑凸柱43的端部接觸第二墊片n，參考圖10；當(dāng)受力繼續(xù)增大時(shí)，從圖11、圖12可以看出，通桿4同時(shí)壓縮三個(gè)彈簧，三個(gè)彈簧的綜合彈性模量為e3，此時(shí)力傳感器讀數(shù)為f3，模擬裝置變形為x3＝(f2-f2max)/e3+x2max，其中f2max為彈性模量e2段達(dá)到最大壓縮形變時(shí)所受力的大小，x2max為彈性模量e2段最大壓縮量；圖12中，前套筒和后套筒止擋部相接觸，達(dá)到模擬裝置的最大變形量。

本實(shí)施例所述方案采用彈簧嵌套的方式，不僅能夠模擬護(hù)舷的非線(xiàn)性彈性模量，還可以測(cè)量力與變形，當(dāng)然也可以將彈簧固定在底座上；方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、模擬裝置采用尼龍材質(zhì)，僅重40克，其體積和重量大幅減小，使用和安裝靈活方便，可以安裝在浮式設(shè)施模型上，不需要調(diào)整參數(shù)，率定速度快，從圖13中可以看出，其模擬彈性模量與目標(biāo)彈性模量基本重合，具有較好的模擬效果。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。