專利名稱：船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分段型船模波浪載荷測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于對(duì)測量梁上各測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面遭受的波浪載荷之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定的裝置及方法，尤其涉及對(duì)測量梁各測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的扭矩之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定的裝置及方法。
背景技術(shù)：
波浪載荷測試系統(tǒng)主要用于測量波浪剪力、彎矩、扭矩和砰擊壓力，涉及船模自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩方面，現(xiàn)階段用于試驗(yàn)的船模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括連續(xù)型船模、分段型船模和整體彈性船模這三種，而其中，分段型船模的設(shè)計(jì)更能適合波浪載荷的試驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ诶梅侄涡湍Ｐ瓦M(jìn)行波浪載荷試驗(yàn)的方法中，可利用阻力或耐波性試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在欲測量波浪彎矩的橫剖面處斷開，并以一定彎曲剛度的金屬測量梁來牢固連接船模縱向分割的各個(gè)分段，通過與船模分段切口對(duì)應(yīng)的金屬梁上粘貼的應(yīng)變片和外部應(yīng)變儀，將船模本身在波浪中遭受的彎矩以應(yīng)變的形式反映出來，再通過一系列計(jì)算式計(jì)算出波浪彎矩和扭矩。上述測試方法是基于金屬梁上測到的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的波浪載荷之間存在著某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此在測試之前，即將測量梁安裝到船模上進(jìn)行試驗(yàn)之前，需要確定每個(gè)測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的波浪載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系系數(shù)，而目前用于確定所述對(duì)應(yīng)關(guān)系系數(shù)的裝置和方法還存在很大的研究空間。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置及方法，其可對(duì)測量梁各測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的波浪載荷中的扭矩之間的關(guān)系系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置，包括測量梁，測量梁的測量剖面處的梁表面上設(shè)有應(yīng)變片，測量梁一端固定在支架上，另一端固接有桿件，桿件與測量梁的軸線垂直，桿件的一端通過鋼絲繩懸掛有托盤，托盤上可放置砝碼，桿件兩端與所述懸掛端的距離相等。其進(jìn)一步技術(shù)方案為
所述測量梁為圓形金屬管。所述應(yīng)變片沿測量梁測量剖面處的梁表面以90°均布，且測量剖面上對(duì)應(yīng)的四片應(yīng)變片為全橋連接。本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定方法，包含以下步驟
第一步，將粘貼有應(yīng)變片的測量梁一端固定在支架上，使測量剖面徑向上的應(yīng)變片與測量剖面的豎向直徑成45°布置，在桿件的一端通過鋼絲繩懸掛托盤，令i表示測量剖面，令L表示桿件的長度；第二步，在托盤上分級(jí)加載砝碼后，再分級(jí)卸載砝碼，應(yīng)用外部動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采集測量梁各測量剖面的應(yīng)變輸出ui(l，Uil,……，Uim，m為加載和卸載的總級(jí)數(shù)；第三步，重復(fù)第二步，即在托盤上重復(fù)分級(jí)加載、卸載砝碼并采集應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)，操作n次，則測量梁的每一個(gè)測量剖面均得到相應(yīng)n大組的應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)；
第四步， 對(duì)第二步和第三步中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先對(duì)測量梁的每一個(gè)測量剖面的n大組的砝碼作用力及應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法進(jìn)行擬合，則每一個(gè)測量剖面
可以得到n個(gè)擬合系數(shù)Ftli, Ft2i, ......, Ftni;
第五步，將第一步中的鋼絲繩以及托盤懸掛在桿件的另一端，重復(fù)第二步和第三步，則測量梁的每一個(gè)測量剖面均得到另外n大組的應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)；
第六步，對(duì)第五步中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先對(duì)測量梁的每一個(gè)測量剖面的另外n大組的砝碼作用力及應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法進(jìn)行擬合，則每一個(gè)測量剖面可以得到另外n個(gè)擬合系數(shù)Ftli ' , Ft2i ^，……，F(xiàn)tni';
第七步，通過第四步和第六步獲得的擬合系數(shù)以及桿件的長度L計(jì)算出分段型船模的每一個(gè)分段測量剖面的扭矩Mti的標(biāo)定系數(shù)Cti,即Cti=[ (Ftl1- Ftli丨)+ (Ft21- Ft2i丨)+......+ (Ftn1- Ftni ' ) ] * L/n。其進(jìn)一步技術(shù)方案為
從所述第二步至第三步，總共操作的次數(shù)n至少為三次。本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測量梁各測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的波浪載荷中的扭矩之間的關(guān)系系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。


圖1為分段型船模與測量梁的裝配示意圖。圖2為本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置的簡易結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為測量梁的測量剖面及應(yīng)變片的布置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。在對(duì)測量梁I各測量剖面7的應(yīng)變一彎矩系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定前，先要根據(jù)分段型船模9的分段測量剖面位置精確定位出測量梁I的各個(gè)測量剖面7的位置，即測量梁I的測量剖面7與分段型船模9的分段測量剖面相對(duì)應(yīng)，見圖1，圖1為分段型船模9與測量梁I的裝配示意圖，圖中船模9分成4段，通過測量梁I下方的剛性固定基座10將船模9的各分段連接起來，且測量梁I的各測量剖面7與分段型船模9的各分段測量剖面位置一一對(duì)應(yīng)。見圖2，本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置，包括測量梁1，測量梁I的測量剖面7處的梁表面上設(shè)有應(yīng)變片2，測量梁I 一端通過卡扣固定在支架3上，另一端固接有桿件8，桿件8與測量梁I的軸線垂直，桿件8的一端通過鋼絲繩4懸掛有托盤5，托盤5上可放置砝碼6，桿件8的兩端與所述懸掛端的距離相等。優(yōu)選地，測量梁I為圓形金屬管，見圖3，應(yīng)變片2沿測量梁I測量剖面7處的梁表面以90°均布，且測量剖面7上對(duì)應(yīng)的四片應(yīng)變片2為全橋連接。
當(dāng)需要對(duì)測量梁I的扭矩Mt進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，所述標(biāo)定裝置需要使用兩次，即桿件8的兩端均要作為鋼絲繩4和托盤5的懸掛端，且桿件8的兩端不能同時(shí)作為懸掛端，而是分先后順序獨(dú)立作為懸掛端。本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定方法包含以下步驟
第一步，將粘貼有應(yīng)變片2的測量梁I 一端固定在支架3上，使測量剖面7徑向上的應(yīng)變片2與測量剖面7的豎向直徑成45°布置，在桿件8的一端通過鋼絲繩4懸掛托盤5，令i表示測量剖面7,令L表示桿件8的長度；
第二步，在托盤5上分級(jí)加載砝碼6后，再分級(jí)卸載砝碼6，應(yīng)用外部動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采集測量梁I各測量剖面7的應(yīng)變輸出Uitl, Uil，……，Uim，m為加載和卸載的總級(jí)數(shù)；
第三步，重復(fù)第二步，即在托盤5上重復(fù)分級(jí)加載、卸載砝碼6并采集應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)，操作n次，則測量梁I的每一個(gè)測量剖面7均得到相應(yīng)n大組的應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)；
第四步，對(duì)第二步和第三步中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先對(duì)測量梁I的每一個(gè)測量剖面7的n大組的砝碼作用力及應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法進(jìn)行擬合，則每一個(gè)測量剖面7可以得到n個(gè)擬合系數(shù)Ftli,Ft2i,……，F(xiàn)tni，F(xiàn)tni為砝碼作用力與應(yīng)變輸出的擬合系數(shù)；
第五步，將第一步中的鋼絲繩4以及托盤5懸掛在桿件8的另一端，重復(fù)第二步和第三步，則測量梁I的每一個(gè)測量剖面7均得到另外n大組的應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)；
第六步，對(duì)第五步中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先對(duì)測量梁I的每一個(gè)測量剖面7的另外n大組的砝碼作用力及應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法進(jìn)行擬合，則每一個(gè)測量剖面7可以得到另外n個(gè)擬合系數(shù)
權(quán)利要求
1.船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置，包括測量梁(1)，測量梁(I)的測量剖面(7)處的梁表面上設(shè)有應(yīng)變片(2)，其特征在于測量梁(I) 一端固定在支架(3)上，另一端固接有桿件(8)，桿件(8)與測量梁(I)的軸線垂直，桿件(8)的一端通過鋼絲繩(4)懸掛有托盤(5)，托盤(5)上可放置砝碼(6)，桿件(8)兩端與所述懸掛端的距離相等。
2.按權(quán)利要求1所述的船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置，其特征在于所述測量梁(I)為圓形金屬管。
3.按權(quán)利要求2所述的船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置，其特征在于所述應(yīng)變片(2)沿測量梁(I)測量剖面(7)處的梁表面以90°均布，且測量剖面(7)上對(duì)應(yīng)的四片應(yīng)變片(2)為全橋連接。
4.船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定方法，其特征在于，包含以下步驟第一步，將粘貼有應(yīng)變片(2)的測量梁(I) 一端固定在支架(3)上，使測量剖面(7)徑向上的應(yīng)變片(2)與測量剖面(7)的豎向直徑成45°布置，在桿件(8)的一端通過鋼絲繩(4)懸掛托盤(5),令i表不測量剖面(7),令L表不桿件(8)的長度；第二步，在托盤(5)上分級(jí)加載砝碼(6)后，再分級(jí)卸載砝碼(6)，應(yīng)用外部動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采集測量梁(I)各測量剖面(7)的應(yīng)變輸出Uitl, Uil,……，Uiffl, m為加載和卸載的總級(jí)數(shù)；第三步，重復(fù)第二步，即在托盤(5)上重復(fù)分級(jí)加載、卸載砝碼(6)并采集應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)，操作η次，則測量梁(I)的每一個(gè)測量剖面(7)均得到相應(yīng)η大組的應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)；第四步，對(duì)第二步和第三步中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先對(duì)測量梁(I)的每一個(gè)測量剖面(7)的η大組的砝碼作用力及應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法進(jìn)行擬合，則每一個(gè)測量剖面(7)可以得到η個(gè)擬合系數(shù)Ftli, Ft2i,……，F(xiàn)tni;第五步，將第一步中的鋼絲繩(4)以及托盤(5)懸掛在桿件(8)的另一端，重復(fù)第二步和第三步，則測量梁(I)的每一個(gè)測量剖面(7)均得到另外η大組的應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)；第六步，對(duì)第五步中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先對(duì)測量梁(I)的每一個(gè)測量剖面(7)的另外η大組的砝碼作用力及應(yīng)變輸出數(shù)據(jù)分別采用最小二乘法進(jìn)行擬合，則每一個(gè)測量剖面(7)可以得到另外η個(gè)擬合系數(shù)Ft1^ , Ft2i ;，……，F(xiàn)tn^ ;第七步，通過第四步和第六步獲得的擬合系數(shù)以及桿件(8)的長度L計(jì)算出分段型船模(9)的每一個(gè)分段測量剖面的扭矩Mti的標(biāo)定系數(shù)Cti,即Cti=[ (Ftl1- Ftli丨)+ (Ft21-Ft2i ; ) +......+ (Ftn1- Ftni ' )] * L/n。
5.按權(quán)利要求4所述的船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定方法，特征在于從所述第二步至第三步，總共操作的次數(shù)η至少為三次。
全文摘要
本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定裝置包括測量梁，測量梁測量剖面處的梁表面上設(shè)有應(yīng)變片，測量梁一端固定在支架上，另一端固接有桿件，桿件與測量梁的軸線垂直，桿件一端通過鋼絲繩懸掛有托盤，托盤上可放置砝碼，桿件兩端與所述懸掛端的距離相等；本發(fā)明之船模波浪載荷試驗(yàn)用測量梁的扭矩標(biāo)定方法通過在桿件兩端獨(dú)立進(jìn)行分級(jí)加載及卸載砝碼的方式，采集各測量剖面的應(yīng)變，得出砝碼作用力與應(yīng)變的擬合系數(shù)，并由兩組擬合系數(shù)、桿件長度，計(jì)算出測量梁各測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的波浪載荷中扭矩的關(guān)系系數(shù)。本發(fā)明可對(duì)測量梁各測量剖面的應(yīng)變與船模各測量剖面實(shí)際遭受的波浪載荷中的扭矩之間的關(guān)系系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
文檔編號(hào)G01L25/00GK103033314SQ20121056489
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者汪雪良, 顧學(xué)康, 胡嘉駿, 徐春, 丁軍 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七○二研究所