一种船舶对闸墙碰擦力测试方法技术

本发明专利技术涉及一种船舶对闸墙碰擦力测试方法，包括如下步骤：试验前通过标定分别得到布置于弹性体上８个应变传感器组成桥路的电压变化量与弹性体所承担的水平向和法向碰擦力的关系系数；得到每个弹性体承担的水平向和法向碰擦力；精确获得碰擦力在水平向和法向的值；法向碰擦力从瞬时ｔ０开始增大，在瞬时ｔ１达到最大值后开始减小，在瞬时ｔ２减小到０，所经过的时间ｔ＝ｔ２－ｔ０就是碰擦接触的时间历程；计算得到船舶碰擦闸墙前垂直闸墙方向的速度分量ｖ１＝Ｌ／ｔ′；计算船舶沿与闸墙平行方向的速度分量ｖ２＝　Ｖ２－Ｖ２１，船行方向与闸墙所成角度θ＝ａｒｃｔｇ（ｖ１／ｖ２）。优点：可全面反映船舶与闸墙碰擦过程中的动态力学过程，以及碰擦发生前船舶的运动速度和方向，为船闸结构设计和墙面混凝土强度指标设计提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是测量船舶对闸墙碰擦力的测试方法，属于测试仪器

技术介绍
船舶通过船闸时容易与闸墙发生碰擦，由于船舶吨位较大，即使碰擦速度很小，也会产生较大的冲击力，导致闸墙表面混凝土开裂、剥落，甚至发生安全事故，影响到船闸的运行安全和使用寿命。但是，碰擦力大小无法通过理论计算获得精确值，目前常用的计算方法大多基于动量定理，计算公式中涉及到碰擦前后船舶的速度、方向，以及船舶的质量和碰擦接触的时间历程，这些变量的取值往往是依据经验得到，特别是碰擦接触的时间历程取值误差很大，导致了计算结果未能准确反应船舶碰擦对闸墙的影响，无法为船闸结构设计和墙面混凝土强度指标设计提供可靠依据。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述现行技术的不足，提供一种船舶对闸墙碰擦力测试 方法，能精确地测量并记录船舶与闸墙碰擦接触时间、碰擦过程中碰擦力的 动态变化以及接触前船舶的法向速度，结合船载速度计可计算出碰擦发生前 航行方向与闸墙所成的角度。本专利技术的技术解决方案其特征是该方法包括如下步骤 一、船舶在测试过程中，以速度和角度撞击碰擦力测试装置中的撞击面 板；设置于保护面板和撞击面板之间的弹性体受力后，布置于弹性体上的8 个应变传感器感测到撞击信号；4二、 通过动态信号采集仪测量每个弹性体内应变传感器组成的桥路的电压变化量；根据事先进行的各个桥路灵敏度的标定结果，分别得到电压变化量与弹性体所承担的水平向和法向碰擦力的关系系数；三、 将关系系数与电压变化量进行乘积，获得每个弹性体在各个时刻所承担的水平向和法向的荷载；将同一时刻所有弹性体在相同方向上的荷载分 别进行叠加，就能精确获得碰擦力在水平向和法向的值；尸力=&=红式中，^'、 ^分别是第f个弹性体8所承担的水平向和法向的荷载；^和、分别是第Z个弹性体8在水平向和法向，其承担的荷载与电压改变量的 关系系数；A^'和A^分别是第z'个弹性体8承受荷载后，在电桥构架W2和 电桥构架W1上的电压改变量；F、《分别是碰擦力沿水平向和法向的分力；四、 法向碰擦力从瞬时t。开始增大，在瞬时t,达到最大值后开始减小， 在瞬时t,减小到0，所经过的时间t-t,"。就是碰擦接触的时间历程；五、 用船行法向速度测量杆测量船舶碰擦闸墙前垂直闸墙方向的速度分 量，船舶在与撞击面板碰擦之前，先接触到船行法向速度测量杆的碰撞杆芯， 此时连接于动态信号采集仪的压力传感器开始检测到内置压簧上的压力，该压力值在船舶与撞击面板接触前不断增大；当船舶与撞击面板接触时，船舶 无法继续前进，因而不再压縮内置压簧，此时内置压簧的压力达到最大；当船舶碰撞弹回时，内置压簧开始伸张，直至恢复初始状态，该过程中压力传 感器检测到的压力值不断减小直至0;动态信号采集仪将采集到的内置压簧 的压力变化过程输入到计算机'，压力开始增大瞬时t;与压力达到最大值瞬时t;之间所经过的时间t' = t; -1;;碰撞杆芯外缘与撞击面板在垂直闸墙方向的距离一定，因而碰撞杆芯的压缩距离丄一定，即可得到船舶碰擦撞击面板前垂 直闸墙方向的速度分量v,=z〃'；由船载速度计可得到船舶碰擦撞击面板前的合速度v，即可计算船舶沿与闸墙平行方向的速度分量v^V^ ，船行 方向与闸墙所成角度e = /v2)。本专利技术的优点能实时、精确地测量并记录碰擦接触过程中碰檫力随时间的动态变化；可测量船舶与闸墙碰擦发生过程中的接触时间；可测量船舶碰擦闸墙前航行速度沿垂直闸墙方向的分量，结合船载速度计可计算出沿与闸墙平行方向的速度分量，以及碰擦发生前船舶的航行方向与闸墙所成角度；以上通过测量获得的数据可全面反映船舶与闸墙碰擦过程中的动态力学过程，为船闸结构设计和墙面混凝土强度指标设计提供可靠依据。附图说明附图1是本专利技术系统结构示意图。附图2是动态信号釆集仪的结构示意图。附图3是本专利技术碰擦力测试装置的三视图。其中，图3-l是碰擦力测试装置 正视图，图3-2是碰擦力测试装置侧视图，图3-3是碰擦力测试装置俯视图。 附图4是船行法向速度测量杆的结构示意图。附图5是弹性体上应变传感器的布置图。其中，图5-1 弹性体圆柱面展开 图，图5-2是测量垂直墙面方向碰擦力的桥路连线图，图5-3是测量水平方向碰擦力的桥路连线图。附图6是某一次碰擦试验的实测结果曲线。其中，图6-l是垂直墙面方向的碰擦力随时间的变化曲线图，图6-2是水平方向的碰擦力随时间的变化曲线图，图6-3是船行法向速度测量杆的压力传感器记录的压力值随时间的变化曲线图。图中1是计算机，2是动态信号采集仪，3是碰擦力测试装置，4是船行法向速度测量杆，5是电流信号输出模块，6是计算模块，7是计算机控制软件，8是弹性体，9是撞击面板，IO是保护面板，ll是压条，12 19是应变传感器，20是压力传感器，21是内置压簧，22是碰撞杆芯，23是环形导轨，24是保护垫板，25是杆套，26是定滑轮。具体实施例方式船舶对闸墙碰擦力测试系统的工作原理是，位于弹性体8表面上的应变传感器的电阻变化可以反映弹性体8的应变，利用电桥输出模拟应变传感器微小电阻变化的电信号，从而确定弹性体8在一定荷载下的应变，然后通过在软件系统中设置弹性体8的应变与荷载的关系系数，可以自动计算出弹性体8承受的荷载。将同一时刻所有弹性体承受的荷载进行叠加，就能获得整个撞机面板9上所承受的总荷载。如图1所示，船舶对闸墙碰擦力测试系统的结构包括计算机1、动态信号采集仪2、设置于测试区域的碰擦力测试装置3和船行法向速度测量杆4，其中碰擦力测试装置3的信号输出端接入动态信号采集仪2的第一信号输入端，船行法向速度测量杆4的信号输出端接入动态信号采集仪2的第二信号输入端，接收动态信号采集仪2的信号输出端接入计算机1的信号输入端。如图2所示，动态信号采集仪是以计算机为基础、智能化的动态信号测试分析系统，包括电流信号输出模块5、计算模块6、计算机控制软件7，其中弹性体表面上的8个应变传感器和船行法向速度测量杆中的压力传感器的输出/输入端分别与电流信号输出模块5的输入/输出端对应相接，电流信号输出模块5的输出端与计算模块6输入端相接，计算模块6输出端连接计算机控制软件7。如图3所示，碰擦力测试装置3的结构由用来测量应变值的多个弹性体8、撞击面板9、保护面板IO、压条11和定滑轮26组成，其中压条ll固定在闸墙上，保护面板10通过螺栓与压条11连接，每个弹性体8的两个端部都通过螺栓分别与撞击面板9和保护面板10连接，保护面板10通过定滑轮26调节设置高度。碰擦力测试装置3中的撞击面板9，其厚度^lcm，并在其背面焊接多根窄钢条作为加强梁，以保证其具有足够的刚度；由于船舶操纵不灵活，撞击点不易控制，因而撞击面板9的平面尺寸^100cmX100cm;为了使撞击面板9的高度满足船舷的高度要求，碰擦力测试装置3中除压条11和定滑轮26以外的部件，应综合考虑水位和各种船型尺度，设置于测试区域闸墙一定高度处，压条11长度^150cm，其上每间隔10crn设置一个螺栓孔，保护面板10可通过定滑轮26调节设置高度，调节的范围^50cm，当调节到合适位置时可通过螺栓与压条11连接并固定；可根据不同等级船闸和船型研究的需要，通过改变弹性体8的数量来改变装置的量程。于此实施例中，撞击面板9和保护面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶对闸墙碰擦力的测试方法，其特征是该方法包括如下步骤：一、船舶在测试过程中，以速度和角度撞击碰擦力测试装置中的撞击面板；设置于保护面板和撞击面板之间的弹性体受力后，布置于弹性体上的８个应变传感器感测到撞击信号；二、通过动态信号采集仪测量每个弹性体内应变传感器组成的桥路的电压变化量；根据事先进行的各个桥路灵敏度的标定结果，分别得到电压变化量与弹性体所承担的水平向和法向碰擦力的关系系数；三、将关系系数与电压变化量进行乘积，获得每个弹性体在各个时刻所承担的水平向和法向的荷载；将同一时刻所有弹性体在相同方向上的荷载分别进行叠加，就能精确获得碰擦力在水平向和法向的值；Ｆ↓［ｚｉ］＝ｋ↓［ｚｉ］ΔＵ↓［ｚｉ］Ｆ↓［ｘｉ］＝ｋ↓［ｘｉ］ΔＵ↓［ｘｉ］Ｆ↓［ｘ］＝＊Ｆ↓［ｘｉ］Ｆ↓［ｚ］＝＊Ｆ↓［ｚｉ］式中，Ｆ↓［ｘｉ］、Ｆ↓［ｚｉ］分别是第ｉ个弹性体８所承担的水平向和法向的荷载；ｋ↓［ｘｉ］和ｋ↓［ｚｉ］分别是第ｉ个弹性体８在水平向和法向，其承担的荷载与电压改变量的关系系数；ΔＵ↓［ｘｉ］和ΔＵ↓［ｚｉ］分别是第ｉ个弹性体８承受荷载后，在电桥构架Ｗ２和电桥构架Ｗ１上的电压改变量；Ｆ↓［ｘ］、Ｆ↓［ｚ］分别是碰擦力沿水平向和法向的分力；四、法向碰擦力从瞬时ｔ↓［０］开始增大，在瞬时ｔ↓［１］达到最大值后开始减小，在瞬时ｔ↓［２］减小到０，所经过的时间ｔ＝ｔ↓［２］－ｔ↓［０］就是碰擦接触的时间历程；五、用船行法向速度测量杆测量船舶碰擦闸墙前垂直闸墙方向的速度分量，船舶在与撞击面板碰擦之前，先接触到船行法向速度测量杆的碰撞杆芯，此时连接于动态信号采集仪的压力传感器开始检测到内置压簧上的压力，该压力值在船舶与撞击面板接触前不断增大；当船舶与撞击面板接触时，船舶无法继续前进，因而不再压缩内置压簧，此时内置压簧的压力达到最大；当船舶碰撞弹回时，内置压簧开始伸张，直至恢复初始状态，该过程中压力传感器检测到的压力值不断减小直至０；动态信号采集仪将采集到的内置压簧的压力变化过程输入到计算机；压力开始增大瞬时ｔ′↓［０］与压力达到最大值瞬时ｔ′↓［１］之间所经过的时间ｔ′＝ｔ′↓［１］－ｔ′↓［０］；碰撞杆芯外缘与撞击面板在垂直闸墙方向的距离一定，因而碰撞杆芯的压缩距离Ｌ一定，即可得到船舶碰擦撞击面板前垂直闸墙方向的速度分量ｖ↓［１］＝Ｌ／ｔ′；由船载速度计可得到船舶碰擦撞击面板前的合速度ｖ，即可计算船舶沿与闸墙平行方向的速度分量＊＊＊...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，张玮，廖迎娣，江朝华，
申请(专利权)人：河海大学，南京河海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]