[发明专利]冰体摆锤单次冲击试验系统及操作方法

说明书

本发明公开了一种冰体摆锤单次冲击试验系统，包括外框架，摆锤，棘轮装置，固定装置，试件装置，冰体摆锤单次冲击试验系统通过设计合理的棘轮装置有效阻止了冰体的二次撞击，同时保持了摆锤初始和最终的角度，方便计算碰撞中系统损失的能量；另一方面，通过模块化设计固定装置和运输装置，对冰头工装和试件工装进行模块化设计，并通过配重块和摆锤摆角的协同设计实现碰撞能量的无极调整，对不同试件、不同冰头实验只需设计标准化的冰头基座和试件基座即可；最后，本试验装置能直观展示结构与冰碰撞的过程，多重限位机构的设计能够保障在试验中的安全性。

技术领域

本发明涉及属于冰区工程试验和材料性能测试领域，涉及一种冰体摆锤单次冲击试验系统及操作方法。

背景技术

北极拥有丰富的自然资源，近年来，全球气候变暖导致两极大范围的海冰面积缩减，北极地区日益得到重视，由于极地海域复杂的环境特征和普遍存在的浮冰和冰山，对极地船舶的安全性提出了很大的挑战，会导致船体结构破损变形、燃油泄漏以及船舶沉没等灾难性的后果。所以，对极地海冰的研究刻不容缓，这对于未来极地船舶和极地航运的开发具有重要的意义。

海冰的实验是研究海冰材料力学性能最为直观有效的方法，目前，不同类型的海冰实验国内外也有一定程度的实施，但是，所涉及到的海冰实验基本均为单轴、多轴等材料力学实验，对于冰体冲击方面的实验较少，且多集中于冰块自由落体的低能冲击实验。对于高能、高速的冰头碰撞实验由于实验条件和实验仪器的缺失实施国内外均鲜有涉及。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种冰体摆锤单次冲击试验系统，用于模拟海冰与结构间的高能碰撞以检查验证理论或仿真方法的正确性。

技术方案：本发明所述的冰体摆锤单次冲击试验系统，包括：

外框架，所述外框架包括支撑架以及基座一，支撑架安装于基座一上，支撑架上部安装有与摆锤斜齿可断开或啮合的棘轮装置和与摆锤内齿可断开或啮合的驱动装置以及限位装置；

摆锤，所述摆锤包括设置于地面上的底座、与底座通过主轴转动连接的弧形板、与底座固定连接的角度刻度盘以及与弧形板同轴设置的指针，弧形板具有内齿和斜齿，指针与主轴之间设置有单向转动组件，弧形板的一端用于安装固定装置、弧形板另一端上设置有用于与支撑架可拆卸连接的插销装置；

固定装置，所示固定装置包括安装基座、设置于安装基座背面的冰头基座和设置于安装基座正面的配重块，冰头基座用于在冰头预制时与冰头通过冻结的方式固定连接；

试件装置，试件装置设置于支撑架下方，试件装置包括运输车、用于驱动运输车运动的运输组件、用于固定运输车的定位组件以及安装在运输车上的测试组件。

棘轮装置包括与框架横梁通过铆接连接的基座二、安装底座、导向柱、复位簧片、棱柱形滑块、棘轮齿连接板以及棘轮齿一，安装底座设置于基座二的底部，导向柱设置于安装底座的底部，棘轮齿连接板与导向柱滑动连接，导向柱底部设置有限位螺栓，棱柱形滑块设置于棘轮齿连接板的上方且与导向柱滑动连接，复位簧片设置于棘轮齿连接板上，棘轮齿一和棘轮齿连接板转动连接，棘轮齿连接板侧壁上和棘轮齿一侧壁上均设置有限位块。

棱柱形滑块靠近固定装置的一侧设置有卡扣装置，卡扣装置包括安装于导向柱上且外壁为锥形的套筒、与棱柱形滑块滑动连接的限位滑块以及弹簧，限位滑块为工字型结构，其中间端嵌套弹簧，棱柱形滑块设置凹槽以放置弹簧，限位滑块靠近导向柱的一端为自上而下坡度逐渐变小的楔形，该端用于配合套筒以实现棱柱形滑块和导向柱之间的定位。

限位装置包括支撑板、油缸一以及齿销，支撑板设置于支撑架的横梁上，油缸一设置于支撑板上，齿销设置于油缸一的缸杆上，驱动油缸一使齿销对弧形板的内齿进行断开或者啮合。

油缸一一侧的支撑架横梁上设置有油缸二，驱动装置设置于油缸二上。