本發(fā)明涉及試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水平?jīng)_擊試驗(yàn)裝置，包含固定并夾緊結(jié)構(gòu)的基座與夾具、裝載沖頭的沖擊車、供沖擊車獲取速度與限制方向的軌道。

背景技術(shù)：

海洋開發(fā)是繼上世紀(jì)40年代原子能開發(fā)、50年代宇宙空間開發(fā)之后，于60年代蓬勃興起的一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的開發(fā)領(lǐng)域。與之相對(duì)應(yīng)，開發(fā)和利用海洋資源，就必須在海上設(shè)置和安裝一系列的工程結(jié)構(gòu)物。所謂海洋工程結(jié)構(gòu)物，是為海洋開發(fā)所建造的結(jié)構(gòu)物的總稱。

海洋平臺(tái)、海上工程船、海上運(yùn)輸船等長期在海上工作，工作環(huán)境十分惡劣，不可避免會(huì)遇到各類碰撞、擱淺等問題，例如供應(yīng)船只與平臺(tái)樁腿的碰撞、上部結(jié)構(gòu)的墜物到平臺(tái)甲板和浮冰對(duì)平臺(tái)的撞擊等。碰撞經(jīng)常使平臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生整體彎曲和局部凹陷，承載能力降低，影響構(gòu)件的安全，有時(shí)會(huì)極大地減弱整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。擱淺則會(huì)造成船舶底部破損，導(dǎo)致漏油甚至沉沒事故的發(fā)生。

因此，研究海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在船舶碰撞、擱淺等危險(xiǎn)工況下的損傷及能量吸收機(jī)理、評(píng)估平臺(tái)結(jié)構(gòu)的耐撞性能、設(shè)計(jì)高效合理的結(jié)構(gòu)型式以提高平臺(tái)的耐撞能力，便成為海洋工程中的重要研究課題。

由于瞬時(shí)強(qiáng)非線性的結(jié)構(gòu)問題過于復(fù)雜，理論分析和數(shù)值計(jì)算的結(jié)果往往需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。實(shí)際碰撞現(xiàn)象需由大尺度模型實(shí)驗(yàn)研究，而此類實(shí)驗(yàn)又是一種極昂貴的破壞性實(shí)驗(yàn)，成本高，時(shí)間長。而小尺度的沖擊試驗(yàn)具有成本相對(duì)低廉、結(jié)果可靠且直觀、重復(fù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在工程和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用則十分廣泛，因此成為了艦船的碰撞與擱淺領(lǐng)域一個(gè)不可缺少的手段。

一般的落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)利用重力的作用，使得沖擊頭自由下落獲取速度，并實(shí)現(xiàn)對(duì)板的撞擊。該種試驗(yàn)機(jī)存在三個(gè)明顯的問題：

由于普通沖擊試驗(yàn)機(jī)一體化設(shè)計(jì)的限制，其通用性相對(duì)較差，不能針對(duì)不同的工程場(chǎng)景、進(jìn)行大幅度的改裝：可更換的沖頭種類單一，可更換的沖頭尺寸范圍較小，可更換的被撞結(jié)構(gòu)的種類和尺寸較少。

由于落錘式?jīng)_擊頭由重力驅(qū)動(dòng)且軌道為豎直的原因，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第一次碰撞并回彈后容易發(fā)生二次碰撞現(xiàn)象。

由于落錘式?jīng)_擊頭在撞擊過程中受到重力的作用，沖擊頭所測(cè)得的加速度與其由于受到被撞結(jié)構(gòu)抗力而產(chǎn)生的加速度之間存在1個(gè)g的系統(tǒng)誤差。在船舶工程的低速?zèng)_擊背景下，這種系統(tǒng)誤差往往會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一些不利的影響。

因此，針對(duì)傳統(tǒng)的落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)存在的以上問題，通用式水平?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)便成為了一項(xiàng)必要之舉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的不完善之處，提供一種誤差小、操作方便、通用性強(qiáng)的水平式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，可以開展不同的沖擊頭與不同尺寸固支板的沖擊試驗(yàn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的可開展水平?jīng)_擊試驗(yàn)的裝置，其包括空間上依次布置的基座、夾具機(jī)構(gòu)、沖擊車、軌道，以及相配合的牽引機(jī)構(gòu)；它們協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)不同尺寸結(jié)構(gòu)物在不同邊界條件下的低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)物主要為矩形板、方形板或加筋板。

所述的基座，由支撐結(jié)構(gòu)、沖擊面板和托板組成，其中：支撐結(jié)構(gòu)固定在地基上；沖擊面板位于支撐結(jié)構(gòu)之前，其中部開有矩形通槽，矩形通槽周圍預(yù)留螺栓孔，不同尺寸的結(jié)構(gòu)物可以通過夾具機(jī)構(gòu)固定在沖擊面板上，以實(shí)現(xiàn)完全固支的邊界條件；托板焊接于沖擊面板靠近底部的位置，用于置放夾具機(jī)構(gòu)。

所述的支撐結(jié)構(gòu)，由底板、頂板、三對(duì)梯形大撐板和一塊水平撐板組成，其中：三對(duì)梯形大撐板的上端與頂板和水平撐板相連接、底板相連，由此構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)，并與沖擊面板相連；水平撐板位于頂板下方且與三對(duì)梯形大撐板的上部相連。

所述的三對(duì)梯形大撐板，具有底寬頂高的特征，其中中間兩塊大撐板中間間隔距離稍大，便于在中間安置沖擊試驗(yàn)的測(cè)量設(shè)備，中部?jī)蓧K大撐板與基座前端相連接部分切出凹槽，為沖擊過程中結(jié)構(gòu)物的變形留出空間，從面向基座前端的視角可看到中部大撐板的內(nèi)凹。

所述的底板上有四排螺栓孔，地腳螺釘與地基通過鋼筋混凝土灌注為一體，地腳螺釘與基座底板上開孔一一對(duì)應(yīng)，通過螺帽和螺栓連接方式將基座與地基固定為一體。

所述的夾具機(jī)構(gòu)，可根據(jù)試驗(yàn)板尺寸來布置在基座的沖擊面板的位置上，以達(dá)到將試驗(yàn)板四邊同時(shí)夾緊的目的。

所述的夾具機(jī)構(gòu)，可以夾緊板或加筋板的四邊以實(shí)現(xiàn)邊界條件，該夾具機(jī)構(gòu)由短夾具、長夾具和夾具支撐組成，其中：短夾具和長夾具各有兩對(duì)，均為長條形鋼塊，厚度一致，上有螺栓開孔；每一對(duì)夾具可以夾緊試驗(yàn)板的一邊，并與沖擊面板、夾具支撐通過螺栓配合成一整體；夾具支撐為兩端窄中間寬的槽口隼結(jié)構(gòu)，與夾緊結(jié)合的面處設(shè)螺栓開孔，其兩端所開隼槽恰好與基座上的沖擊面板相合，使得夾具支撐與短夾具結(jié)合的面恰好與沖擊面板前端面共面；夾具支撐共兩個(gè)，中部與短夾具和試驗(yàn)板通過螺栓進(jìn)行連接，上端槽口隼處通過螺栓依次與沖擊面板、短夾具、試驗(yàn)板、短夾具進(jìn)行配合連接，下端槽口隼處通過螺栓依次與沖擊面板、長夾具、試驗(yàn)板、長夾具進(jìn)行配合連接。

所述的軌道，由導(dǎo)軌、桁架構(gòu)成為雙軌斜坡式軌道；軌道的水平段高度與基座的沖擊面板幾何中心的高度一致，軌道的軌道延伸方向垂直于沖擊面板；導(dǎo)軌的截面為圓形，采用不銹鋼材質(zhì)，其與沖擊車的車輪接觸位置進(jìn)行打磨、潤滑以方便滑動(dòng)；桁架由若干根方形支撐管組成，其上部與兩根導(dǎo)軌焊接為一體，每根支撐管的底面焊有腳板，腳板上開孔，可通過膨脹螺釘與地面進(jìn)行固定。

所述沖擊車與導(dǎo)軌相配合，可攜帶沖頭在軌道上滑行并與固定于基座上的沖擊面板發(fā)生水平?jīng)_擊；沖擊車可裝載不同形狀、不同種類的沖擊頭，車身的整體質(zhì)量可調(diào)；沖擊車的車輪與軌道進(jìn)行配合，與軌道裝配后的沖擊頭中心的高度與基座沖擊面板幾何中心的高度一致。

所述牽引機(jī)構(gòu)包括定滑輪、纜繩、牽引電機(jī)、電磁釋放裝置，其中：定滑輪置于導(dǎo)軌最高位置處的雙軌中心處，可拆卸；纜繩連接電磁釋放裝置，經(jīng)過定滑輪，與牽引電機(jī)相連接；牽引電機(jī)固定在地面上，可以在不同速度下纏繞纜繩將沖擊車?yán)揭欢ǜ叨?；電磁釋放裝置置于沖擊車后部，連接纜繩，通電時(shí)產(chǎn)生磁力將沖擊車吸住，斷電釋放使其沿導(dǎo)軌自由滑落。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要有益效果：

1.通用性好，可以針對(duì)不同的工程場(chǎng)景，對(duì)沖擊車和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅度的改裝?？蓪?shí)現(xiàn)不同尺寸(長寬比、板厚等)實(shí)驗(yàn)板固支邊界條件。除了對(duì)于光板、加筋板、板格等結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)固支邊界外，還可以配合不同夾具的改裝設(shè)計(jì)，固定管道、曲面板等不同結(jié)構(gòu)。

2.可以有效的避免沖頭在進(jìn)行了第一次碰撞后回彈并產(chǎn)生二次碰撞的現(xiàn)象，也能更加真實(shí)的模擬工程中水平?jīng)_擊的工況。

3.避免了落錘式?jīng)_擊由重力導(dǎo)致的沖頭加速度的系統(tǒng)誤差。

4.基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、堅(jiān)實(shí)可靠，基座配合地基可以承受多次強(qiáng)烈撞擊，并有整體位移小、局部變形微小的特征，滿足長期、高載的使用要求，使用壽命長，維修方便。

5.軌道的通用性強(qiáng)，可更換的沖頭種類多元化、尺寸范圍較廣，可以配合不同小車的改裝設(shè)計(jì)，裝載不同的沖頭。

6.牽引系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)務(wù)實(shí)可靠，由電磁裝置連接沖擊車，開動(dòng)電機(jī)即可上拉，斷開電磁裝置電源即可釋放，操作便捷，安全性高，維修方便。

7.小車借助重力勢(shì)能獲取速度，能耗低，低碳綠色。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)施例中基座的結(jié)構(gòu)示意圖(前視等軸側(cè)視圖)。

圖3為圖2的后視等軸側(cè)視圖。

圖4為本實(shí)施例中基座的安裝示意圖。

圖5、圖6為本實(shí)施例中夾具系統(tǒng)的安裝示意圖。

圖7為本實(shí)施例中軌道的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本實(shí)施例中牽引系統(tǒng)的安裝示意圖。

圖中：1.基座；2.夾具機(jī)構(gòu)；3.沖擊車；4.軌道；5.牽引機(jī)構(gòu)；6.沖擊面板；7.托板；8.水平撐板；9.梯形大撐板；10.地腳螺釘；11.地基；12.短夾具；13.長夾具；14.夾具支撐；15.導(dǎo)軌；16.桁架；17.腳板；18.定滑輪；19.纜繩；20.牽引電機(jī)；21.電磁釋放裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的可開展水平?jīng)_擊試驗(yàn)的裝置，是一種可實(shí)現(xiàn)不同尺寸實(shí)驗(yàn)板固支邊界條件的水平?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括自左向右依次布置的基座1、夾具機(jī)構(gòu)2、沖擊車3、軌道4，和與軌道4相連的牽引機(jī)構(gòu)5；它們互相配合，可實(shí)現(xiàn)不同尺寸結(jié)構(gòu)物在不同邊界條件下的低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)物主要為矩形板、方形板或加筋板。

所述的基座1，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由支撐結(jié)構(gòu)、沖擊面板6和托板7組成，其中：支撐結(jié)構(gòu)由三對(duì)梯形大撐板9和兩塊水平撐板8組成(如圖3所示)，支撐結(jié)構(gòu)固定在地基11上；支撐結(jié)構(gòu)的前端側(cè)面是沖擊面板6，其中部開有矩形通槽，矩形通槽周圍開有預(yù)留螺栓孔，不同尺寸的矩形板、方形板、加筋板可通過夾具機(jī)構(gòu)2固定在沖擊面板6上，以實(shí)現(xiàn)完全固支的邊界條件；托板7焊接于沖擊面板6靠近底部的位置，方便抬放夾具機(jī)構(gòu)2時(shí)將夾具放置于托板7之上。

所述的基座1，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，由底板、頂板、三對(duì)梯形大撐板9和兩塊水平撐板8組成，其中：三對(duì)梯形大撐板9(共六塊)的上下端分別與頂板、底板相連，由此構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)的側(cè)面與沖擊面板6相連；兩塊水平撐板8位于頂板下方且與三對(duì)梯形大撐板9的上部相連。該基座為前端沖擊面板6提供了強(qiáng)度支撐，將沖擊力傳遞給了地基11。如圖3所示，所述的三對(duì)梯形大撐板9，具有底寬頂高的特征，其中中間兩塊撐板中間間隔距離稍大，便于在中間安置沖擊試驗(yàn)的測(cè)量設(shè)備，中部?jī)蓧K撐板與基座前端相連接部分切出凹槽，為沖擊過程中結(jié)構(gòu)物的變形留出空間，如圖2所示，從面向基座前端的視角可看到中部撐板的內(nèi)凹，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，為試驗(yàn)板的變形預(yù)留出空間，整體結(jié)構(gòu)可靠。

所述的基座的底板上有四排螺栓孔，如圖4所示，地腳螺釘10與地基11通過鋼筋混凝土灌注為一體，地腳螺釘與基座底板上開孔一一對(duì)應(yīng)，通過螺帽和螺栓連接方式將基座與地基固定為一體。地基的強(qiáng)度和剛度足夠，保證進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)基座發(fā)生的位移相當(dāng)微小。

所述夾具機(jī)構(gòu)2根據(jù)試驗(yàn)板尺寸來布置在沖擊面板6的位置上，以達(dá)到將試驗(yàn)板(矩形板、方形板、加筋板)的四邊同時(shí)夾緊的目的。該夾具機(jī)構(gòu)2由短夾具12、長夾具13和夾具支撐14組成(圖5)，短夾具12和長夾具13各有兩對(duì)，夾具都為長條形鋼塊，厚度一致，上有開孔。如圖6所示，每一對(duì)夾具可以夾緊試驗(yàn)板的一邊，并與沖擊面板6、夾具支撐14通過螺栓配合成一整體，可用“沖擊面板-夾具-試驗(yàn)板-夾具”來形象概述；所述夾具支撐14為兩端開通槽的長條形鋼塊，鋼塊的兩端形狀如隼頭，其上下兩端恰好與沖擊面板6配合，使得夾具支撐14的受沖擊面(即夾具支撐14與短夾具12結(jié)合的面)與沖擊面板6的受沖擊面共面；夾具支撐14共有兩個(gè)，中部懸空部位與短夾具12和試驗(yàn)板通過螺栓進(jìn)行配套連接。

如圖1所示，所述沖擊車3與導(dǎo)軌4相配合，可攜帶沖頭在軌道4上滑行并與通過夾具機(jī)構(gòu)2固定于基座1上的試驗(yàn)板(矩形板、方形板、加筋板)發(fā)生水平?jīng)_擊；沖擊車3可裝載不同形狀、不同種類的沖擊頭(例如楔形的鋼塊沖擊頭、圓形的鋼塊沖擊頭、楔形的冰塊沖擊頭)。

如圖7所示，所述軌道4由導(dǎo)軌15、桁架16構(gòu)成為雙軌斜坡式軌道，軌道4的水平段高度與沖擊面板6幾何中心的高度一致，軌道4的軌道長度方向垂直于沖擊面板6。所述導(dǎo)軌15的截面為圓形，采用不銹鋼材質(zhì)制成，其與沖擊車3車輪接觸的上表面進(jìn)行打磨、潤滑以方便滑動(dòng)；桁架16由若干根方形支撐管組成，其上部與兩根導(dǎo)軌15焊接為一體，每根支撐管的底面焊有腳板17，腳板17上開孔，可通過膨脹螺釘與地面進(jìn)行固定，保證整個(gè)試驗(yàn)過程中軌道的相對(duì)位置不發(fā)生移動(dòng)；軌道中心軸線與沖擊面板6的幾何中心共面。

所述軌道4的斜軌部分最大坡度小于45°，并采用雙軌形式，過渡段變化緩慢，提高了沖擊車通過時(shí)的安全性。

如圖8所示，所述牽引機(jī)構(gòu)5包括定滑輪18、纜繩19、牽引電機(jī)20、電磁釋放裝置21等，其中：定滑輪18置于導(dǎo)軌15最高位置處的雙軌中心處，可拆卸；纜繩19連接電磁釋放裝置21，經(jīng)過定滑輪18，與牽引電機(jī)20相連接；牽引電機(jī)20固定在地面上，可以在不同速度下纏繞纜繩19將沖擊車3拉到一定高度；電磁釋放裝置21置于沖擊車3后部，連接纜繩19，通電時(shí)產(chǎn)生磁力將沖擊車吸住，斷電釋放使其沿導(dǎo)軌15自由滑落。

所述電磁釋放裝置21采用通電即吸合，斷電即分離的方式，例如可以采用型號(hào)為bj-dh-100的小型吸盤式電磁鐵。

本發(fā)明提供的可開展水平?jīng)_擊試驗(yàn)的裝置，其工作過程是：

1.如圖1中所示，沖擊車3的沖頭砝碼等安裝到位，重心調(diào)整完畢。

2.夾具機(jī)構(gòu)2連同試驗(yàn)板，通過螺栓連接方式與夾具支撐一起固定到基座1之上。并調(diào)整軌道4的位置使之與基座1對(duì)中。

3.啟動(dòng)電磁釋放裝置21，使得牽引系統(tǒng)5與沖擊車3相連接，并開始啟動(dòng)牽引系統(tǒng)，上拉沖擊車3到預(yù)定高度。

4.斷開牽引系統(tǒng)5中電磁釋放裝置21的電源，使沖擊車3沿滑軌下滑，平穩(wěn)經(jīng)過曲形過渡段后速度保持水平，與固支試板發(fā)生撞擊。

5.撞擊結(jié)束，控制住低速回彈的沖擊車3，避免其與試驗(yàn)板發(fā)生二次碰撞。

6.結(jié)束一次沖擊試驗(yàn)，開始下一次沖擊試驗(yàn)準(zhǔn)備工作。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的。如：結(jié)構(gòu)物不僅僅限于方形板，凡是可以通過夾具機(jī)構(gòu)安裝于基座之上尺寸合理的結(jié)構(gòu)物都可以開展沖擊試驗(yàn)，具體實(shí)施方式可有所不同；沖擊車的前端不限于所示意的沖擊頭，不同的沖擊頭下實(shí)施方式可有所不同。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來在本發(fā)明啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的實(shí)施方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。