CN110006626B - 模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，由支撑模块、载荷产生模块、船体梁模块组成，支撑模块由基座，滑道和两个支架构成，船体梁模块平行于基座固定在两个支架上；载荷产生模块包括电机、偏心轮、推杆、力调节器，电机固定在电机底座上，通过滑轨设置在支撑模块的滑道上，电机与偏心轮相连接，偏心轮带动推杆周期性上下运动，推杆的顶端安装力调节器，推杆向上运动时力调节器与船体梁结构相碰触，对船体梁模块施加载荷。通过载荷产生模块的滑动、调整电机的转速及力调节器的长度，可模拟波浪载荷对船体梁模块施加载荷的作用位置、作用频率及作用幅值的变化，对于教学和技术研究等都能提供很好的实验支持。

Description

模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，该装置可以模拟现实环境中波浪载荷对船体梁的加载作用，同时船体梁产生响应信号。本装置用于高校教学演示或者船舶企业研发产品时使用，属于船体结构健康监测技术领域。

背景技术

船体结构健康监测技术是一种由传统无损检测技术发展而来的可靠性技术，该技术利用集成在船体结构上的传感元器件可对船体结构状态进行实时在线监测，可有效提高船体结构安全性并且降低维护费用，帮助提供维修决策，具有重要的推广价值，受到各个高校和高新企业的重视。船体健康监测的一个重要任务就是采集分析船体梁在波浪载荷作用下的响应。在高校教学或者企业产品研发时就需要一个持续时间长、自动模拟波浪载荷对船体梁进行加载的装置。现实环境中波浪载荷对船体梁的作用特点主要是作用力的大小、作用位置、作用频率等参数均是变化的。目前，在实验室条件下模拟波浪载荷对船体的影响较少，常见的实验装置只能模拟分析船体在静载荷作用下的响应，这与船舶实际使用的环境条件相差甚远，达不到精准研究的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，可以模拟现实环境中波浪载荷对船体梁的加载作用，以及船体梁产生的响应信号，再现船舶实际使用所受环境的影响，对于高校教学和企业产品研发都具有很强的现实意义。

为实现上述目的，本发明提供的一种模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，由支撑模块、载荷产生模块和船体梁模块三部分组成，所述的支撑模块由长条形基座，安装在基座上的滑道，竖立在基座两端的两个支架构成；所述船体梁模块包括船体梁结构和安装在其上面的多个传感器；船体梁结构平行于基座固定在两个支架上；

所述的载荷产生模块是该装置的核心模块，包括电机、偏心轮、推杆、力调节器，所述电机固定在电机底座上，电机底座的底部设有滑轨与支撑模块的滑道相配合，电机底座的一端设有与之垂直固定的金属支撑板，电机的转轴穿过金属支撑板与偏心轮相连接，偏心轮的上部设有推杆，推杆由横、竖杆构成倒“T”型，横杆与偏心轮相接，竖杆套在固定于金属支撑板上的套圈内，上述竖杆在套圈与横杆之间套接弹簧，偏心轮转动时推动上述“T”型推杆周期性上下运动；竖杆的顶端安装力调节器，推杆向上运动时力调节器与船体梁结构相碰触。

所述的力调节器和推杆之间设置力传感器，测量载荷产生模块对船体梁结构加载的推力。

所述的船体梁结构为载荷产生模块的作用对象，安装在上面的传感器根据监测需求安装，如加速度、应力应变传感器等。

所述的载荷产生模块可在基座上沿滑道移动，载荷产生模块对船体梁结构施加载荷的位置可变。

所述的电机为调速电机，调整电机的转动速度，载荷产生模块对船体梁结构的载荷作用频率会发生相应变化。

所述的力调节器长度可调，载荷产生模块对船体梁结构的载荷作用幅值会发生相应变化。

本发明一种模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，达到的有益效果如下：

1. 本发明在模拟船体梁对波浪载荷响应时，开启电机，电机转子带动偏心轮转动，偏心轮推动推杆周期性上下运动，进而带动船体梁结构运动，可以使船体梁结构长时间、自动地产生运动响应，安装在船体梁结构上的传感器根据监测需求安装，如加速度、应力应变传感器等，将船体梁结构响应信号传输至信号监测处理设备，实时采集、监测船体梁结构。

2. 本发明船体梁结构为载荷产生模块的作用对象，载荷产生模块可在基座上移动，实现对船体梁结构载荷作用位置变化要求，通过调整调速电机的转动速度，实现对船体梁结构载荷作用频率变化功能，通过通过调整力调节器的长度，实现对船体梁结构载荷作用幅值变化功能，从而真实再现船舶实际使用时在波浪载荷作用下的响应信号，尤其是模拟结构的应力和加速度信号。本装置可用于实验室条件下船体结构监健康测系统原理样机的研究与应用，这对于教学和技术研究等都具有很好的辅助作用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明载荷产生模块结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的俯视图；

附图标记说明：

基座11，滑道12，支架13；

滑轨21，电机底座22，电机23，金属支撑板24，偏心轮25，推杆26，横杆261，竖杆262，弹簧27，套圈28，力调节器29；

船体梁结构31，传感器32。

具体实施方式

如图1所示的一种模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，由支撑模块、载荷产生模块和船体梁模块三部分组成。支撑模块由长条形基座11，安装在基座上的滑道12，竖立在基座两端的两个支架13构成，将滑道12沿基座11长度方向安装固定，两个支架13固定在基座11的两端，形成支撑模块。

如图1所示，船体梁模块包括船体梁结构31和安装在其上面的多个传感器32构成，船体梁结构31平行基座11固定于两个支架13之间，安装在船体梁结构上面的传感器根据监测需求安装，如加速度、应力应变传感器等，传感器与信号监测处理设备连接。

如图2至图4所示，载荷产生模块是该装置的核心模块，主要包括电机23、偏心轮25、推杆26、力调节器29，所述电机23固定在电机底座22上，电机底座的底部设有滑轨21，滑轨21与支撑模块的滑道12相配合使用，电机底座22的一端设有与之垂直固定的金属支撑板24，电机23的转轴穿过金属支撑板24与偏心轮25相连接，偏心轮25的上部设有推杆26，推杆26由横、竖杆构成倒“T”型，横杆261与偏心轮25相接，竖杆262套在固定于金属支撑板24上的套圈28内，上述竖杆262在套圈28与横杆261之间套接弹簧27，偏心轮25转动时推动上述“T”型推杆26周期性上下运动；上述竖杆262的顶端安装力调节器29，偏心轮25带动推杆26向上运动时力调节器29与船体梁结构31相碰触，力调节器29和推杆26之间设置力传感器，传感器都与信号监测处理设备连接，测量对船体梁结构31加载的推力。将载荷产生模块的滑轨21安装到支撑模块的滑道12上，实现载荷产生模块与支撑模块的安装。

本发明模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，在使用时，开启电机23，电机转子带动偏心轮25转动，偏心轮25推动推杆26周期性上下运动，进而带动船体梁结构31运动，可以使船体梁结构长时间、自动地产生运动响应；同时，载荷产生模块可在支撑模块上移动，实现对船体梁结构载荷作用位置变化的要求，通过调整调速电机的转动速度，实现对船体梁结构载荷作用频率变化功能，通过通过调整力调节器的长度，实现对船体梁结构载荷作用幅值变化功能，从而真实再现船舶实际使用时受环境影响的响应信号，这对于教学和技术研究等都能提供很好的实验支持。

Claims (4)

1.模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，其特征在于：由支撑模块、载荷产生模块和船体梁模块三部分组成，所述的支撑模块由长条形基座，安装在基座上的滑道，竖立在基座两端的两个支架构成；所述船体梁模块包括船体梁结构和安装在其上面的多个传感器；船体梁结构平行于基座固定在两个支架上；所述的载荷产生模块包括电机、偏心轮、推杆、力调节器，所述电机固定在电机底座上，电机底座的底部设有滑轨与支撑模块的滑道相配合，电机底座的一端设有与之垂直固定的金属支撑板，电机的转轴穿过金属支撑板与偏心轮相连接，偏心轮的上部设有推杆，推杆由横、竖杆构成倒“T”型，横杆与偏心轮相接，竖杆套在固定于金属支撑板上的套圈内，上述竖杆在套圈与横杆之间套接弹簧，偏心轮转动时推动推杆周期性上下运动；竖杆的顶端安装力调节器，推杆向上运动时力调节器与船体梁结构相碰触；所述的船体梁结构为载荷产生模块的作用对象，安装在上面的多个传感器根据监测需求安装，所述的载荷产生模块可在基座上沿滑道移动，载荷产生模块对船体梁结构施加载荷的位置可变。

2.根据权利要求1所述的模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，其特征在于:所述的力调节器和推杆之间设置力传感器，测量载荷产生模块对船体梁结构加载的推力。

3.根据权利要求1所述模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，其特征在于：所述的电机为调速电机，调整电机的转动速度，载荷产生模块对船体梁结构的载荷作用频率会发生相应变化。

4.根据权利要求1所述模拟船体梁对波浪载荷响应的实验装置，其特征在于：所述力调节器的长度可调，调整调节器的长度，载荷产生模块对船体梁结构的载荷作用幅值会发生相应变化。