[发明专利]一种船冰水池碰撞实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种船冰水池碰撞实验装置，包括水箱，水箱内设置有船模和冰体，所述冰体与拉杆固定连接，拉杆固定安装在滑轮的连杆上，滑轮位于导轨内，导轨与连接板连接，连接板与拖带装置固定连接，滑轮通过连接装置固定在导轨上，在船模端部安装有应变片，应变片依次与电荷放大器、多通道信息采集仪和计算机连接；拖带装置运动，带动滑轮和导轨运动，从而带动拉杆运动，冰体撞向船模，应变片采集碰撞数据。本发明的一种船冰水池碰撞实验装置，能够开展不同冰材料的力学属性、冰体形状、冰体质量、冰体速度、撞击位置、船模浮态以及撞击角度的结构响应验证，较好反映船与冰撞击的真实情况，成本低、易操作、风险小。

技术领域

本发明涉及船冰水池碰撞实验装置及实验方法，属于船舶制造技术领域。

背景技术

随着我国经济建设的高速发展，海洋经济已经成为国民经济的新增长点，北极开发及北极航道的开辟不仅为我国新的战略提供新的保障，而且缩短了航运时间，但是随着海洋开发的大规模开展，影响海上结构物安全和操作的海冰灾害问题、海冰与结构物相互作用问题日益突出。

由于船冰碰撞的复杂性，许多细节无法用理论模型来表达，实船实验又十分昂贵，开展模型试验研究是必要的，总体而言，前期的模型试验研究的关注点主要集中在船-冰碰撞后引起的横摇、纵摇、垂荡等外部动力学和船体上承受的载荷方面，而对于船体结构在该载荷下结构响应的试验尚未展开，主要原因如下：(1)冰体材料对温度要求高，同时需要在水中进行；(2)实验船模一般都用水池的拖车拖曳，很难摆脱拖车动能的影响；(3)船舶撞击浮冰，而船模运动必然影响浮冰的姿态，很难实现预期的碰撞方案；(4)用多根绳索拉冰体模型时，冰体后部分因流体作用会向上翘起。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种船冰水池碰撞实验装置及实验方法，能够开展不同冰材料的力学属性、冰体形状、冰体质量、冰体速度、撞击位置、船模浮态以及撞击角度的结构响应验证，较好反映船与冰撞击的真实情况，成本低、易操作、风险小。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种船冰水池碰撞实验装置，包括水箱，水箱内设置有船模和冰体，所述冰体与拉杆固定连接，拉杆固定安装在滑轮的连杆上，滑轮位于导轨内，导轨与连接板连接，连接板与拖带装置固定连接，滑轮通过连接装置固定在导轨上，在船模端部安装有应变片，应变片依次与电荷放大器、多通道信息采集仪和计算机连接；拖带装置运动，带动滑轮和导轨运动，从而带动拉杆运动，冰体撞向船模，应变片采集碰撞数据。

作为优选，所述导轨为方形空心钢管，滑轮沿钢管滑动。

作为优选，所述连接装置为细绳。

作为优选，所述细绳为尼龙绳，动态载荷小于10kgf。

作为优选，所述拉杆上固定安装有加速度传感器，在拖带装置上安装有采集和处理加速度传感器信号的处理装置。

一种利用上述的船冰水池碰撞实验装置的实验方法，包括以下步骤：

1)将船模以撞击角度移到撞击位置，处于自由漂浮状态；

2)将一定位冰体放入水中处于自由漂浮状态，将滑轮置于轨道内，并通过螺栓固定在拖带桁架上，并将定位冰体取出；

3)将相同参数的实验冰体的滑轮置于轨道内，并用细线拴紧，然后启动拖带装置，将冰体以碰撞速度撞击船模，此时，细线被拉断，拖车刹车停止，采集数据；

4)更换冰材料属性、冰体质量及冰体形状，在所述步骤2)之后调整冰体速度、撞击位置、船模浮态以及撞击角度，再次按照实验步骤3)进行撞击实验。