[发明专利]船体梁在波浪下的结构崩溃响应试验方法及装置

说明书

本发明公开了一种船体梁在波浪下的结构崩溃响应试验方法及装置，该试验装置包括屈曲铰和船体模型；所述船体模型从中部分为两个船体分段，两个船体分段铰接相连，使二者可在竖直方向上相对旋转；所述屈曲铰包括上铰片、下铰片和两个船体连接盘；所述上铰片、下铰片为长条形金属薄片，所述上铰片的厚度和宽度均小于下铰片；所述上铰片、下铰片与船体模型的水线面平行，二者的两端分别固定连接在一个船体连接盘上；两个所述船体连接盘分别与一个船体分段固定相连。该试验方法，采用前述结构崩溃响应试验装置进行试验，通过两个无线倾角仪实时记录各船体分段的纵向倾角运动，得到不同波高下试验模型中部屈曲铰的转角变形。

技术领域

本发明涉及一种船体梁结构试验，特别是指一种船体梁在波浪下的结构崩溃响应试验方法及装置。

背景技术

近年来海洋运输类船舶大型化趋势非常明显，特别是集装箱船越来越大，开口巨大，刚度相对较小，因此船舶的巨型化给船舶结构设计提出了更高的要求。众多研究者投身于发展和改善准确的极限强度计算方法及确定引起船舶结构极限强度的外部波浪条件，研究引起船舶极限强度的海洋波浪条件可以指导船舶结构设计，明确船舶可航行的海况，引导船舶避开较大波高的海况。

船舶在海上航行时有时会遭遇大波高的波浪，导致船体结构的断裂失效，研究船舶结构在大波浪下的失效机理一直是船舶力学研究者们梦寐以求的事。试验方法是目前研究波浪作用下的船体结构崩溃响应唯一可行方法。一方面实船的崩溃需要遭遇真实的海洋极端波，实船试验成本巨大且海上大波浪可遇不可求；另一方面由于水池造波的波高过小，普通的缩尺比模型难以在水池波浪下产生崩溃响应。而通常的力学仿真将波浪载荷与结构强度单独计算，未考虑船体在波浪下的运动和流固耦合的影响，难以真实地揭示船舶结构在大波浪下的失效机理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在造波水池中产生崩溃响应的船体梁在波浪下的结构崩溃响应试验方法及装置。

为实现上述目的，本发明所设计的船体梁在波浪下的结构崩溃响应试验装置，包括屈曲铰和船体模型；所述船体模型从中部分为两个船体分段，两个船体分段铰接相连，使二者可在竖直方向上相对旋转；所述屈曲铰包括上铰片、下铰片和两个船体连接盘；所述上铰片、下铰片为长条形金属薄片，所述上铰片的厚度和宽度均小于下铰片，以符合船舶上部结构要比下部结构更容易产生屈曲破坏的结构特点；所述上铰片、下铰片一上一下地设置在两个船体连接盘之间，且二者均与船体模型的水线面平行；所述上铰片的两端、下铰片的两端分别固定连接在两个船体连接盘上；所述屈曲铰设置在两个所述船体分段之间，两个所述船体连接盘分别与一个船体分段固定相连。

优选地，两个船体分段上均搭载有传感器装置，所述传感器装置包括无线倾角仪和波高仪。无线倾角仪可实时测量倾角，波高仪可获得试验实时的波面时间曲线

优选地，所述传感器装置还包括压力传感器和/或加速度传感器。压力传感器、加速度传感器分别用于研究船底压力和加速度与结构大变形之间的关系。

优选地，两个所述船体分段的上部均设置有隔舱，所述传感器装置设置在隔舱内。

优选地，所述船体模型采用弹性材料制成，所述屈曲铰采用小屈服强度的金属材料制成。船体模型采用弹性材料便于在水池波浪下可以产生弹性变形，屈曲铰采用小屈服强度的金属材料便于在水池波浪条件下产生大转角的屈曲变形。更优选地，所述船体模型由聚酯乙烯材料制作，所述屈曲铰由铝合金材料制作。

本发明同时提供了一种船体梁在波浪下的结构崩溃响应试验方法，采用前述结构崩溃响应试验装置进行试验，包括如下步骤：

1)将所述结构崩溃响应试验装置置入造波水池内；

2)在造波水池内进行造波；

3)两个无线倾角仪实时记录各船体分段的纵向倾角运动，而两个船体分段之间的倾角之差便是船体模型中部屈曲铰的转角变形；