貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置及模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置及模擬方法，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，海洋運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅猛，而以集裝箱船為代表的大開(kāi)口船舶由于其艙室的大開(kāi)口使裝卸效率大大提高，使它們的數(shù)量越來(lái)越多。然而，大開(kāi)口船舶由于其大開(kāi)口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成了扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度被削弱，因而造成的事故也越來(lái)越多，所以對(duì)大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)的研究也越來(lái)越重要。
[0003]造成大開(kāi)口船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原因主要有以下兩類(lèi):
[0004]1.船舶在波浪中航行時(shí)受到扭矩；
[0005]2.船舶由于貨物裝載不平衡受到扭矩；
[0006]本實(shí)驗(yàn)裝置模擬船舶由于貨物裝載不平衡受到的扭矩。
[0007]目前對(duì)于大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)的研究主要集中在計(jì)算與軟件計(jì)算方面，在教學(xué)中只是列出了大開(kāi)口船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的外力的探討，對(duì)于模擬大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)變形方面存在著很大的空缺，教學(xué)中不能讓學(xué)生看到船舶因受扭矩而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)變形，認(rèn)識(shí)到扭轉(zhuǎn)對(duì)大開(kāi)口船舶的危害。開(kāi)展模擬大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)變形的實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中主要由以下三方面優(yōu)點(diǎn):
[0008](1)船舶受到的扭轉(zhuǎn)力矩與總縱彎矩相比小得多，因此人們對(duì)船舶扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的研究不夠重視，在學(xué)習(xí)中學(xué)生也缺少對(duì)船舶扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)，然而扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度對(duì)于大開(kāi)口船舶來(lái)說(shuō)，其重要性比總縱強(qiáng)度更加值得重視。貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證了扭轉(zhuǎn)對(duì)船舶的危害，從而引起學(xué)生對(duì)大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)的重視。
[0009](2)貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生對(duì)船舶扭轉(zhuǎn)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，在具有直觀認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上掌握有關(guān)船舶扭轉(zhuǎn)方面的知識(shí)。
[0010](3)本實(shí)驗(yàn)裝置可以直接讀取船舶扭轉(zhuǎn)力矩，船舶扭轉(zhuǎn)角位移，在本實(shí)驗(yàn)裝置的船模根據(jù)相似性理論設(shè)計(jì)與制作的前提下，本扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可映射至實(shí)際船舶，用于評(píng)估實(shí)際船舶的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
[0011]圖1 (a)和圖1 (b)表示的是一艘前后對(duì)稱(chēng)的船首尾部貨物裝載不平衡的情況:單位長(zhǎng)度的扭矩為c = vXe，其中e:單位長(zhǎng)度船舶浮力作用線到重心的距離:單位長(zhǎng)度的浮力，c:單位長(zhǎng)度的扭矩。
[0012]由圖1(b)可以看出，圖中船首船尾貨物裝載不平均，船首貨物集中在右舷，船尾貨物集中在左舷，因此船體前半部分重心偏向右舷，船體后半部分重心偏向左舷。船舶前半段的重力(排水量的1/2)作用點(diǎn)位于距船縱中剖面的右舷e處，船舶后半段的重力(排水量的1/2)作用點(diǎn)位于距船縱中剖面的左舷e處，由船舶前后左右兩舷加載不同，造成船舶前半部分由于自重對(duì)船體產(chǎn)生縱向扭轉(zhuǎn)，船舶的后半部分恰恰相反；這樣，在船中剖面的地方將作用一個(gè)繞船體扭轉(zhuǎn)軸的力矩。它的扭轉(zhuǎn)中心一般在形心位置的附近，則在船中剖面所受到的扭矩是T = V,,,.e(V,&為船舶受到的浮力)
[0013]本實(shí)驗(yàn)裝置模擬了大開(kāi)口船舶由于貨物裝載不平衡受到扭矩而發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的情景°

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置及模擬方法，通過(guò)儀器設(shè)備來(lái)顯示船舶受到扭矩并觀察大開(kāi)口船舶受到扭矩后發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，方便學(xué)生掌握大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)方面的知識(shí)。
[0015]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，包括船模、基臺(tái)、傳力桿、連接桿和支柱，所述船模通過(guò)兩端的第一剛性桿固定在基臺(tái)上，在船模的兩側(cè)通過(guò)傳力桿對(duì)稱(chēng)的安裝有四個(gè)加載水箱，船模兩側(cè)的加載水箱通過(guò)連接桿連接，連接桿的中部通過(guò)第二剛性桿與支柱連接，第二剛性桿同時(shí)與連接桿和支柱鉸接；在船模的扭轉(zhuǎn)軸心處安裝有角位移傳感器，在船模上設(shè)有若干個(gè)應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)變傳感器均與電荷放大器連接，電荷放大器將信號(hào)放大通過(guò)信號(hào)采集儀采集，信號(hào)采集儀采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析測(cè)出扭矩。
[0016]作為優(yōu)選，所述應(yīng)變傳感器位于船模艙口的角隅處。
[0017]作為優(yōu)選，所述加載水箱設(shè)有直接讀取各個(gè)水箱內(nèi)水深的刻度。
[0018]作為優(yōu)選，所述船模由聚氨酯軟泡沫塑料制作。
[0019]作為優(yōu)選，所述第一剛性桿位于船模的中軸線上，第一剛性桿上連接有豎向的指針，在船模上設(shè)有以第一剛性桿和船模的交點(diǎn)為圓心的角刻度。
[0020]一種上述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的模擬方法，根據(jù)試驗(yàn)要求，向四個(gè)加載水箱中加入不同的水量，水量根據(jù)加載水箱的刻度加入，從而模擬船舶在不平衡裝載情況下船舶受到的扭矩，通過(guò)角位移傳感器和應(yīng)變傳感器觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
[0021]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022](1)本扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置是模擬大開(kāi)口船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原理而制成的實(shí)驗(yàn)裝置，作為教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)加載扭矩模擬船舶裝載不平衡的情況，使實(shí)驗(yàn)真實(shí)，易觀察，具有說(shuō)服力。
[0023](2)現(xiàn)有的扭轉(zhuǎn)計(jì)算方法及軟件只是用來(lái)計(jì)算船舶扭轉(zhuǎn)的翹曲應(yīng)力，而本實(shí)驗(yàn)裝置可以使學(xué)生了解船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的基本成因及扭轉(zhuǎn)發(fā)生的基本原理，船模發(fā)生的扭轉(zhuǎn)變形，可以使學(xué)生對(duì)船舶扭轉(zhuǎn)有一個(gè)直觀認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的機(jī)理的理解。
[0024](3)船模是由特殊材料制成的，與剛性桿之間鉸接，當(dāng)船模受到扭矩作用后會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，這樣的視覺(jué)效果，在教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生的印象深刻。
[0025](4)船模的測(cè)量?jī)x器測(cè)出船模受到的扭矩，這樣可以用來(lái)說(shuō)明船模是因?yàn)槭艿脚ぞ刈饔枚a(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的，結(jié)合著測(cè)量數(shù)據(jù)，證明扭矩導(dǎo)致船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)。
[0026](5)在本實(shí)驗(yàn)裝置的船模根據(jù)相似性理論設(shè)計(jì)與制作的前提下，本扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可映射至實(shí)際船舶，用于評(píng)估實(shí)際船舶的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為船舶受力示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)主體部分的俯視圖；
[0030]圖4是圖3的A-A剖視圖；
[0031]圖5是圖3的B-B剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖2至圖5所示，本發(fā)明的一種貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，包括船模5、基臺(tái)3、傳力桿10、連接桿1和支柱7，所述船模5通過(guò)兩端的第一剛性桿9固定在基臺(tái)3上，在船模5的兩側(cè)通過(guò)傳力桿10對(duì)稱(chēng)的安裝有四個(gè)加載水箱6，船模5兩側(cè)的加載水箱6通過(guò)連接桿1連接，連接桿1的中部通過(guò)第二剛性桿8與支柱7連接，第二剛性桿8同時(shí)與連接桿1和支柱7鉸接；在船模5的扭轉(zhuǎn)軸心處安裝有角位移傳感器2，這樣可以直接讀出船舶發(fā)生的扭轉(zhuǎn)角的大小，在船模5的上設(shè)有若干個(gè)應(yīng)變傳感器4，所述應(yīng)變傳感器4均與電荷放大器11連接，電荷放大器11將信號(hào)放大通過(guò)信號(hào)采集儀12采集，信號(hào)采集儀12采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)13分析測(cè)出扭矩。
[0033]在本發(fā)明中，所述應(yīng)變傳感器4位于船模5艙口的角隅處，此處大開(kāi)口船舶的扭矩作用最大。所述加載水箱6設(shè)有直接讀取各個(gè)水箱內(nèi)水深的刻度。所述船模5由聚氨酯軟泡沫塑料制作，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中大開(kāi)口船模5是由聚氨酯軟泡沫塑料制作，這樣可以保證實(shí)驗(yàn)船模5具有一定的剛度使其在不受扭矩時(shí)保持平衡狀態(tài)，當(dāng)受到扭矩時(shí)會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，在扭矩消失后仍能回到原來(lái)狀態(tài)。所述第一剛性桿9位于船模5的中軸線上，第一剛性桿9上連接有豎向的指針，在船模5上設(shè)有以第一剛性桿9和船模5的交點(diǎn)為圓心的角刻度，在扭轉(zhuǎn)的時(shí)候通過(guò)指針可以指示扭轉(zhuǎn)的角度。
[0034]—種上述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的模擬方法，根據(jù)試驗(yàn)要求，向四個(gè)加載水箱6中加入不同的水量，使得船模5發(fā)生扭轉(zhuǎn)，水量根據(jù)加載水箱6的刻度加入，從而模擬船舶在不平衡裝載情況下船舶受到的扭矩，通過(guò)角位移傳感器2和應(yīng)變傳感器4觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括船模、基臺(tái)、傳力桿、連接桿和支柱，所述船模通過(guò)兩端的第一剛性桿固定在基臺(tái)上，在船模的兩側(cè)通過(guò)傳力桿對(duì)稱(chēng)的安裝有四個(gè)加載水箱，船模兩側(cè)的加載水箱通過(guò)連接桿連接，連接桿的中部通過(guò)第二剛性桿與支柱連接，第二剛性桿同時(shí)與連接桿和支柱鉸接；在船模的扭轉(zhuǎn)軸心處安裝有角位移傳感器，在船模上設(shè)有若干個(gè)應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)變傳感器均與電荷放大器連接，電荷放大器將信號(hào)放大通過(guò)信號(hào)采集儀采集，信號(hào)采集儀采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析測(cè)出扭矩。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述應(yīng)變傳感器位于船模艙口的角隅處。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述加載水箱設(shè)有直接讀取各個(gè)水箱內(nèi)水深的刻度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述船模由聚氨酯軟泡沫塑料制作。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述第一剛性桿位于船模的中軸線上，第一剛性桿上連接有豎向的指針，在船模上設(shè)有以第一剛性桿和船模的交點(diǎn)為圓心的角刻度。6.一種如權(quán)利要求5所述的貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的模擬方法，其特征在于:根據(jù)試驗(yàn)要求，向四個(gè)加載水箱中加入不同的水量，水量根據(jù)加載水箱的刻度加入，從而模擬船舶在不平衡裝載情況下船舶受到的扭矩，通過(guò)角位移傳感器和應(yīng)變傳感器觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種貨物裝載不平衡大開(kāi)口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置及模擬方法，該裝置包括船模、基臺(tái)、傳力桿、連接桿和支柱，所述船模通過(guò)兩端的第一剛性桿固定在基臺(tái)上，在船模的兩側(cè)通過(guò)傳力桿對(duì)稱(chēng)的安裝有四個(gè)加載水箱，船模兩側(cè)的加載水箱通過(guò)連接桿連接，連接桿的中部通過(guò)第二剛性桿與支柱連接，第二剛性桿同時(shí)與連接桿和支柱鉸接；在船模的扭轉(zhuǎn)軸心處安裝有角位移傳感器，在船模上設(shè)有若干個(gè)應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)變傳感器均與電荷放大器連接，電荷放大器將信號(hào)放大通過(guò)信號(hào)采集儀采集。本發(fā)明是模擬大開(kāi)口船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原理而制成的實(shí)驗(yàn)裝置，作為教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)加載扭矩模擬船舶裝載不平衡的情況，使實(shí)驗(yàn)真實(shí)，易觀察，具有說(shuō)服力。
【IPC分類(lèi)】G09B25/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105355132
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510689975
【發(fā)明人】張健, 昌滿(mǎn), 尹群
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月22日