一种船舶甲板上浪试验装置与试验方法

摘要

本发明涉及船舶甲板上浪试验技术领域，特指一种船舶甲板上浪试验装置与试验方法，包括试验基座、透明PVC软挡板、挡板固定片、夹具墩、冲水槽与试件板，冲水槽一端对应设置有冲水装置，冲水槽另一端与夹具墩铰接连接，夹具墩固定连接于试验基座上，试件板与挡板固定片分别固定连接于夹具墩上，透明PVC软挡板上部与挡板固定片对应连接，透明PVC软挡板下部与试件板对应连接，试件板上的测点上对应设有应变片与位移计，所述应变片与位移计电连接于计算机。本发明采用这样的结构设置，其结构简单，操作方便，制造运行成本合理，可以在实验室内进行甲板上浪实验。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶甲板上浪试验技术领域，特指一种船舶甲板上浪试验装置与试验方法。

背景技术

随着海上运输向深远海发展，作为海上运输载体的船舶要面对各种恶劣海况的考验，由风暴诱发的恶劣海浪会引发船舶大幅非线性摇摆运动和甲板上浪冲击，会对船舶结构产生巨大的甲板上浪冲击压力，严重的上浪冲击载荷会冲坏甲板室和舷墙，甚至是压扁舱口盖，冲塌舶楼甲板，打坏舰上武备，而且恶化船舶稳性，对内陆、近海运输船和各种小型渔船等无舱盖船舶，甲板上浪严重时，波浪会涌进船舱，甚至造成船舶倾覆。甲板上浪是运动着的船体与波浪相互作用而产生的一种高度非线性现象，随着船舶向高速化发展，以及在恶劣海况中作业的深海石油平台的广泛采用，由该种载荷引发的结构破损事故时有发生，因而对这种强非线性载荷的研究越来越受到关注。目前研究表明，甲板上浪主要是海上巨浪和船首俯仰(主要是首下沉)运动两种机制组合的结果。其过程可以分为水体沿船首升高、水体越过船首进入甲板、水体沿甲板流动、水流冲击甲板上的设备或甲板室等阶段，并且这些阶段是在很短时间内连续完成的。

一般来说，甲板上浪有两种情形:一种是聚集在一起的水体冲上甲板，沿着甲板产生一股速度不断增加的水流，冲向甲板上的设备和甲板室，形成对甲板的冲击载荷:另一类是翻卷状的波浪，直接砰击甲板室，产生巨大的冲击载荷。

对于甲板上浪冲击装置和方法，目前已经公开了一些专利，但是目前所公开的文献和专利只涉及到测量甲板上浪冲击载荷的试验装置，而且旨在获取冲击载荷。本发明所设计的甲板上浪试验方法旨在测量甲板上浪载荷下甲板结构的变形，旨在测量甲板上浪冲击过程中，甲板的应力应变和变形，所以本发明所设计的甲板上浪试验方法和试验装置在国内外没有公开相似文献和专利。[1]杨建民；彭涛；吕海宁；张磊；李小平；张海滨；童波；单铁兵；沈玉稿.海洋平台上浪试验捕捉观测系统:中国，CN102607528A.2012-07-25和[2]顾民；祁江涛；张进丰；许国伟.波面高度和冲击载荷测试装置:中国，CN101839743A.2010-09-22。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种船舶甲板上浪试验装置与试验方法，通过透明PVC软挡板与挡板固定片，试件板和夹具墩连成一个整体，形成了矩形的水流环境，而又对试件板的弯曲刚度影响很小，通过调整冲水槽的冲水角度和冲水槽的长短，定量研究甲板上浪冲击水流高度和冲击角度以及冲击位置对试件板结构响应的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种船舶甲板上浪试验装置，包括试验基座、透明PVC软挡板、挡板固定片、夹具墩、冲水槽与试件板，冲水槽一端对应设置有冲水装置，冲水槽另一端与夹具墩铰接连接，夹具墩固定连接于试验基座上，试件板与挡板固定片分别固定连接于夹具墩上，透明PVC软挡板上部与挡板固定片对应连接，透明PVC软挡板下部与试件板对应连接，试件板上的测点上对应设有应变片与位移计，应变片与位移计电连接于计算机。

进一步而言，所述夹具墩上设有U型槽、小螺孔、中螺孔与大螺孔，小螺孔设于U型槽两端位置，U型槽设于夹具墩上部位置，中螺孔设于夹具墩下部位置，大螺孔设于夹具墩底部位置，冲水槽铰接于U型槽上，夹具墩通过大螺孔与匹配的螺栓固定连接于试验基座上，试件板通过中螺孔与匹配的螺栓固定连接于夹具墩上，挡板固定片通过小螺孔与匹配的螺栓固定连接于夹具墩上。

进一步而言，所述试验基座包括间隔设置的试验基座一与试验基座二，夹具墩包括夹具墩一与夹具墩二，夹具墩一固定连接于试验基座一上，夹具墩二固定连接于试验基座二上，试件板一端固定连接于夹具墩一上，试件板另一端固定连接于夹具墩二上。

进一步而言，所述试件板两端分别设有固定支板，固定支板上设有固定螺孔，固定支板通过螺栓穿于固定螺孔与夹具墩上的中螺孔固定连接。

进一步而言，所述透明PVC软挡板上部与挡板固定片采用粘接方式连接，透明PVC软挡板下部与试件板采用粘接方式连接。

进一步而言，所述透明PVC软挡板包括透明PVC软挡板一与透明PVC软挡板二，透明PVC软挡板一的底部与透明PVC软挡板二底部分别粘接于试件板两侧。

一种船舶甲板上浪试验装置的试验方法，步骤如下：

步骤一，冲水装置将水倒入冲水槽内，冲水槽的水冲入到试件板上，再通过设于试件板上的应变片与位移计进行测量，测量水流冲击和流动过程中试件板的动态变形和应变，并观察水流的变化，得出数据，

步聚二，通过改变冲水装置倒出的水流量，重复步骤一，得出数据；

步骤三，通过转动冲水槽改变水流冲击试件板的角度，重复步骤一，得出数据；

步骤四，通过改变冲水槽的长短进而改变水冲击试件板的冲击动能与冲击速度，重复步骤一，得出数据。

步骤五，通过所有的数据，从而实现定量研究甲板上浪过程中甲板的动力响应试验。

本发明有益效果：

1.本发明结构简单，操作简便，制造运行成本合理，可以在实验室中进行甲板上浪试验；

2.整个甲板上浪试验过程可定量控制水流冲击速度，水流流量，水流冲击角度和冲击位置；

3.本发明可以定量控制水流冲击的多个参数，进而进行定量研究甲板上浪对甲板结构的动力损伤；

4.通过更换试件板可实现甲板上浪冲击夹具的重复利用。

附图说明

图1是本发明试验装置整体结构图；

图2是本发明的试件板和夹具墩结构图。

1.挡板固定片；2.试验基座；3.透明PVC软挡板；4.夹具墩；5.冲水槽；6.试件板；20.试验基座一；21.试验基座二；；30.透明PVC软挡板一；31.透明PVC软挡板二；40.夹具墩一；41.夹具墩二；42.U型槽；43.小螺孔；44.中螺孔；45.大螺孔；60.固定支板；61.固定螺孔。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1和图2所示，本发明所述一种船舶甲板上浪试验装置，包括试验基座2、透明PVC软挡板3、挡板固定片1、夹具墩4、冲水槽5与试件板6，冲水槽5一端对应设置有冲水装置，冲水槽5另一端与夹具墩4铰接连接，便于随意调节冲水槽5的角度，夹具墩4固定连接于试验基座2上，试验基座2的作用在于起到支撑装置的作用，试件板6与挡板固定片1分别固定连接于夹具墩4上，夹具墩4起到固定试件板6与挡板固定片1的作用，透明PVC软挡板3上部与挡板固定片1对应连接，透明PVC软挡板3下部与试件板6对应连接，试件板6上对应设有应变片与位移计，应变片与位移计电连接于计算机。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，其工作原理：通过冲水装置将水倒入冲水槽5，再通过冲水槽5冲入固定于夹具墩4上的试件板6与挡板固定片1上，再通过试件板6上的应变片与位移计测量水流冲击和流动过程中钢板的动态变形和应变，并观察水流的变化，并通过改变倒入的水流量、改变冲水槽5的角度、更换冲水槽5的长短分别得出数据，从而实现定量研究甲板上浪过程中甲板的动力响应试验。本发明所述应变片与位移计连接有计算机，通过计算机记录试件板6的动态应变和动态位移变化。本发明所述透明PVC软挡板3通过挡板固定片1固定，由于其采用柔性的，所以其随试件板6变形过程中对试件板6的抗弯刚度影响很小。

更具体而言，所述夹具墩4上设有U型槽42、小螺孔43、中螺孔44与大螺孔45，小螺孔43设于U型槽42两端位置，U型槽42设于夹具墩4上部位置，中螺孔44设于夹具墩4下部位置，大螺孔45设于夹具墩4底部位置，冲水槽5铰接于U型槽42上，夹具墩4通过大螺孔45与匹配的螺栓固定连接于试验基座2上，试件板6通过中螺孔44与匹配的螺栓固定连接于夹具墩4上，挡板固定片1通过小螺孔43与匹配的螺栓固定连接于夹具墩4上。

更具体而言，所述试验基座2包括间隔设置的试验基座一20与试验基座二21，夹具墩4包括夹具墩一40与夹具墩二41，夹具墩一40固定连接于试验基座一20上，夹具墩二41固定连接于试验基座二21上，试件板6一端固定连接于夹具墩一40上，试件板6另一端固定连接于夹具墩二41上。

更具体而言，所述试件板6两端分别设有固定支板60，固定支板60上设有固定螺孔61，固定支板60通过螺栓穿于固定螺孔61与夹具墩4上的中螺孔44固定连接。

更具体而言，所述透明PVC软挡板3上部与挡板固定片1采用粘接方式连接，透明PVC软挡板3下部与试件板6采用粘接方式连接。

更具体而言，所述透明PVC软挡板3包括透明PVC软挡板一30与透明PVC软挡板二31，透明PVC软挡板一30的底部与透明PVC软挡板二31底部分别粘接于试件板6两侧。

一种船舶甲板上浪试验装置的试验方法，步骤如下：

步骤一，冲水装置将水倒入冲水槽5内，冲水槽5的水冲入到试件板6上，再通过设于试件板6上的应变片与位移计进行测量，测量水流冲击和流动过程中试件板6的动态变形和应变，并观察水流的变化，得出数据；

步聚二，通过改变冲水装置倒出的水流量，重复步骤一，得出数据；

步骤三，通过转动冲水槽5改变水流冲击试件板6的角度，重复步骤一，得出数据；

步骤四，通过改变冲水槽5的长短进而改变水冲击试件板6的冲击动能与冲击速度，重复步骤一，得出数据。

步骤五，通过所得数据，从而实现定量研究甲板上浪过程中甲板的动力响应试验。

以上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范围之内。