[发明专利]一种基于动态量测离心力的追踪悬浮结构转动中心的装置及方法

说明书

一种基于动态量测离心力的追踪悬浮结构转动中心的装置及方法，属于工程结构动态监测技术领域。该装置包括三组装置，每组装置均可以确定出一条过真正结构转动中心的直线。其中，两组装置用于测量，一组装置用于拟合和复核；所述的每组装置包括前后两个单位装置，以单位装置中实心球为头部，则每组装置的头部均面向结构中部，三组装置之间要求互不平行。本发明通过应变片及其他构件检测结构转动过程中装置中实心球的离心力和角速度，并由此计算出假设的结构转动中心与装置的距离，通过该距离和固有的几何关系，确定出过真正结构转动中心的直线。本发明可长期实时测量追踪悬浮结构的转动中心，监测过程简单易行、速度快，结果准确可靠，成本低。

技术领域

本发明属于工程结构动态监测技术领域，涉及一种基于离心力动态量测的追踪悬浮结构转动中心的装置及方法，适用于偶遇随机动力作用下材料不均匀或异形悬浮工程结构摇摆或扭转的转动中心位置的快速高效实时测定。

背景技术

实时确定工程结构转动中心位置，对于保证一些悬浮结构部件安全、控制结构部件在运输过程中保持稳定具有重要的工程意义。在海洋工程领域，有一种预制基础构件的工程结构，内部空心，类似船箱，一般以海面漂浮的形式，被拖曳到指定施工地点，再填入砂石等重物使之沉入海底形成建构筑物的基础。在海面拖曳运输的过程中，受波浪等作用，结构会发生一定的摇摆或扭转，为保证结构在拖曳过程中的平稳，多以表面施加配重的方式，需要牵引力方向通过结构的转动中心，避免倾覆或扭转力矩过大产生侧翻。但受波浪等随机荷载作用，以及在结构进水、缺损等复杂情况下，悬浮结构的的转动中心在不断的发生着改变。所以在运输过程中，需要实时跟踪结构的转动中心的瞬时变化，以调整拖曳牵引力的方向和行进速度。

目前，工程领域多基于悬吊实验或数值计算的方法来确定结构的转动中心。悬吊实验的方法考虑了稳定状态下重力的作用，但由于波浪等随机载荷很难提前确定，对于海上复杂环境条件下的悬浮结构，此时该方法将不再适用。而数值计算的方法，尽管对于异形程度较大的构件，基于刚性部件扭转假定，通过数值分析可以计算出来结构的转动中心，但在海上荷载多变、结构进水、缺损等复杂情况下，悬浮结构的转动中心的位置不断变化，该方法不能实时追踪的悬浮结构的转动中心，并且数值计算方法对于材料不均匀的结构，并不能快速准确地得到其转动中心。所以无论是实验还是采用数值计算，尚无法实现快速实时瞬态地确定结构转动中心的位置。在这种情况下，对于偶发的快速随机动力载荷导致的结构扭转，急需要一种简单有效的、能够实时测量追踪悬浮结构转动中心的装置和方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于动态量测离心力的追踪悬浮结构转动中心的装置及方法，使得监测过程简单易行，结果可靠，并且可实现实时测得异形或材料不均匀悬浮结构转动中心的要求。本发明通过应变片及装置中其他构件检测结构扭转过程中装置中实心球的离心力和角速度，并由此计算出假设的结构转动中心与装置的距离。前排单位装置实心球球心和假设的结构转动中心的连线、前排单位装置实心球球心和需要确定的真正的转动中心的连线，以及假设的结构转动中心和真正要确定的结构转动中心的连线，三线相交会构成一个直角三角形；前排单位装置实心球球心和假设的结构转动中心的连线，假设的结构转动中心和真正要确定的结构转动中心的连线，两线具有互相垂直的特点。本发明有三组装置，每组装置均包含前后两个单位装置；每组装置可以计算出假设的结构转动中心与装置的距离，然后利用直角三角形中两线相互垂直的特点，得到一条必过结构真正转动中心的直线。即：三组装置可得三条必过结构转动中心的直线，两线相交即可得到结构真正的转动中心，第三条直线用于拟合和复核。

本发明的目的就是使得监测过程简单易行，结果可靠，并且可满足实时测得材料不均匀或异形悬浮结构转动中心的要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于动态量测离心力的追踪悬浮结构转动中心的装置，包括三组装置，每组装置均可以计算出假设的结构转动中心与该组装置的距离，其中，两组装置用于测量，一组装置用于拟合和复核；所述的每组装置包括前后两个单位装置，以单位装置中实心球为头部，则每组装置的头部均面向所测结构中部，三组装置之间要求互不平行。