本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)試驗，涉及到一種針對極地裝備結(jié)構(gòu)模型定量模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置，及利用該裝置進行試驗的方法。

背景技術(shù)：

1、極地裝備結(jié)構(gòu)運行中面臨著海冰的嚴重威脅，冰載荷是主要的結(jié)構(gòu)外部載荷。由于冰齡、海冰類型等因素不同導致的其物理力學性能存在顯著差異，結(jié)構(gòu)與海冰相互作用時海冰的斷裂模式各異，導致冰載荷表現(xiàn)出顯著的隨機特性。在實船測量與冰水池試驗中，均發(fā)現(xiàn)冰載荷沿結(jié)構(gòu)水線方向分布具有高壓力區(qū)特征，即海冰與結(jié)構(gòu)擠壓的中間區(qū)域壓力要明顯大于周圍區(qū)域。為檢驗非均布冰載荷對于極地裝備結(jié)構(gòu)設計安全的影響，需要開展相應模型試驗。目前還沒有一種行之有效的加載裝置對極地裝備結(jié)構(gòu)試驗模型施加定量非均布冰載荷，對上述試驗模型加載都局限于均布加載，或定性非均布加載測試。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置及方法。該試驗加載裝置可以實現(xiàn)定量模擬冰載荷在極地裝備結(jié)構(gòu)沿水線方向的非均布加載。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置，包括反力架、總壓力施加結(jié)構(gòu)和局部高壓力施加結(jié)構(gòu)。

4、所述的反力架為試驗提供約束反力，要求有足夠的剛度和強度。包括上頂板1、承力立柱2和下底板11。承力立柱2連接上頂板1和下底板11，其中，上頂板1用來連接大千斤頂3，下底板11需要保證平直度，用來放置試驗模型。

5、所述的總壓力施加結(jié)構(gòu)為試驗提供總載荷，包括大千斤頂3、總壓力傳感器4和大壓頭5。其中，大千斤頂3固定在上頂板1的下表面，且與液壓伺服系統(tǒng)13相連，由液壓伺服系統(tǒng)13控制油缸運動施加載荷?？倝毫鞲衅?固定到大千斤頂3的下端，并通過信號線連接到測力系統(tǒng)12上，用來測量試驗的總壓力。大壓頭5頂端連接到總壓力傳感器4的下端，大壓頭5的底端作用于試驗模型上，并根據(jù)試驗模型的加載區(qū)域以及高壓力區(qū)域的尺寸設計大壓頭5大小，大壓頭5中間預留的空間寬度與高壓力區(qū)域的寬度尺寸相同，高度要足夠放置局部高壓力施加結(jié)構(gòu)。大壓頭5需要布置適當數(shù)量的加強筋，保證加載構(gòu)件的強度和剛度。

6、所述的局部高壓力施加結(jié)構(gòu)為試驗提供非均勻高壓力，包括上墊板6、小千斤頂7、中墊板8、高壓力傳感器9和下墊板10。其中，上墊板6、中墊板8、下墊板10作用是過渡和連接加載裝置，需要有足夠的剛度、強度以及平直度。小千斤頂7固定在上墊板6和中墊板8之間，提供局部高壓力，由液壓伺服系統(tǒng)13控制。高壓力傳感器9固定在中墊板8和下墊板10之間，通過信號線連接到測力系統(tǒng)12，用來測量高壓力的大小。上墊板6的上端面與大壓頭5中橫向的加強筋接觸，下墊板10的下端面與試驗模型接觸。

7、一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載方法，步驟如下：

8、調(diào)整試驗模型位置，使得大壓頭5與試驗模型的加載區(qū)域?qū)R。液壓伺服系統(tǒng)13控制大千斤頂3勻速施加載荷，并通過測力系統(tǒng)12讀取總壓力傳感器4讀數(shù)，直至達到要求總載荷。局部高壓力施加結(jié)構(gòu)則是通過液壓伺服系統(tǒng)13控制小千斤頂7勻速施加載荷，并通過測力系統(tǒng)12讀取高壓力傳感器9讀數(shù)，直至達到要求的高壓力區(qū)載荷。在局部高壓力施加過程中，需要通過液壓伺服系統(tǒng)13，控制大千斤頂3微調(diào)達到總載荷不變的效果。

9、本發(fā)明的有益效果是：

10、本發(fā)明采用液壓伺服系統(tǒng)控制大壓頭施加試驗總載荷，控制位于大壓頭中心的小壓頭施加試驗高壓力區(qū)載荷，并為兩個壓頭分別配備了測力裝置，從而實現(xiàn)載荷定量非均布加載。該試驗裝置特別適用于定量模擬冰載荷局部非均勻分布特征，應用于抗冰結(jié)構(gòu)強度分析模型試驗。

技術(shù)特征：

1.一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置，其特征在于，包括反力架、總壓力施加結(jié)構(gòu)和局部高壓力施加結(jié)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置，其特征在于，所述的反力架為試驗提供約束反力，要求有足夠的剛度和強度；承力立柱(2)連接上頂板(1)和下底板(11)，其中，上頂板(1)用來連接大千斤頂(3)，下底板(11)需要保證平直度，用來放置試驗模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置，其特征在于，所述的總壓力施加結(jié)構(gòu)為試驗提供總載荷，大千斤頂(3)固定在上頂板(1)的下表面，且與液壓伺服系統(tǒng)(13)相連，由液壓伺服系統(tǒng)(13)控制油缸運動施加載荷；總壓力傳感器(4)固定到大千斤頂(3)的下端，并通過信號線連接到測力系統(tǒng)(12)上，用來測量試驗的總壓力；大壓頭(5)頂端連接到總壓力傳感器(4)的下端，大壓頭(5)的底端作用于試驗模型上，并根據(jù)試驗模型的加載區(qū)域以及高壓力區(qū)域的尺寸設計大壓頭(5)大小，大壓頭(5)中間預留的空間寬度與高壓力區(qū)域的寬度尺寸相同，高度要足夠放置局部高壓力施加結(jié)構(gòu)；大壓頭(5)需要布置適當數(shù)量的加強筋，保證加載構(gòu)件的強度和剛度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置，其特征在于，所述的局部高壓力施加結(jié)構(gòu)為試驗提供非均勻高壓力，其中，上墊板(6)、中墊板(8)、下墊板(10)作用是過渡和連接加載裝置，需要有足夠的剛度、強度以及平直度；小千斤頂(7)固定在上墊板(6)和中墊板(8)之間，提供局部高壓力，由液壓伺服系統(tǒng)(13)控制；高壓力傳感器(9)固定在中墊板(8)和下墊板(10)之間，通過信號線連接到測力系統(tǒng)(12)，用來測量高壓力的大小；上墊板(6)的上端面與大壓頭(5)中橫向的加強筋接觸，下墊板(10)的下端面與試驗模型接觸。

5.一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載方法，其特征在于，是采用權(quán)利要求1-4任一所述的一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置實現(xiàn)的，步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種模擬冰載荷非均布特性的試驗加載裝置及方法，屬于結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)領(lǐng)域，用于極地裝備結(jié)構(gòu)模型試驗加載。該試驗加載裝置技術(shù)方案包括反力約束框架、總壓力施加結(jié)構(gòu)、局部高壓力施加結(jié)構(gòu)三部分。其中，反力約束框架為試驗提供約束反力，需要有足夠的剛度和強度；總壓力施加結(jié)構(gòu)固定在反力約束框架頂部下表面，通過大千斤頂提供總壓力，總測力傳感器測量總壓力并連接總壓頭和大千斤頂，總壓頭則根據(jù)高壓力區(qū)尺寸設計其空間大??；局部高壓力施加結(jié)構(gòu)布放在總壓頭空間內(nèi)，通過小千斤頂和高壓力區(qū)傳感器施加載荷和測力。本發(fā)明具有安裝方便，加載簡便的特點，可以實現(xiàn)抗冰結(jié)構(gòu)局部模型試驗定量施加非均布載荷的功能。

技術(shù)研發(fā)人員：孫凱,陳曉東,王承哲,王寧,季順迎
受保護的技術(shù)使用者：大連理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9