波浪中航行的大開口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種演示大開口船舶扭轉(zhuǎn)變形的實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法，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，以集裝箱船為代表的大開口船舶由于其艙室的大開口能夠有效提高裝卸效率，而被廣泛使用。普通船舶在水面上航行受到的扭轉(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)度的研究尚不夠重視，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)，然而大開口船舶由于其大開口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致了船體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度被削弱，因此也造成了眾多事故，故扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度對(duì)于大開口船舶來說，其重要性比總縱強(qiáng)度更加值得重視，對(duì)大開口船舶的扭轉(zhuǎn)進(jìn)行研究也具有越來越重要的意義。
[0003]目前針對(duì)大開口船舶扭轉(zhuǎn)的研究主要集中在計(jì)算與軟件分析方面，在教學(xué)中只能進(jìn)行船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的外力探討，不能讓學(xué)生直觀的看到船舶因受扭矩而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)變形，從而影響學(xué)生認(rèn)知扭轉(zhuǎn)對(duì)大開口船舶造成的危害。目前的研究表明，造成大開口船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原因主要有以下兩類:1)船舶在波浪中航行時(shí)受到扭矩；2)船舶由于貨物裝載不平衡受到扭矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)【背景技術(shù)】中第I)種情況，提供一種可演示大開口船舶在波浪中航行扭轉(zhuǎn)變形的實(shí)驗(yàn)裝置及相應(yīng)的操作方法，方便學(xué)生掌握相應(yīng)的技術(shù)知識(shí)，提高教學(xué)效果。
[0005]本發(fā)明公開的技術(shù)方案為:
[0006]波浪中航行的大開口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，包括水槽、船模、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)理及采樣系統(tǒng)和帶有顯示單元的終端:
[0007]所述船模通過縱向貫穿船模扭轉(zhuǎn)中心的軸與水槽兩端的槽壁連接，船?？梢栽撦S為中心扭轉(zhuǎn)，船模到水槽槽壁和水槽底面之間的空間設(shè)有若干隔板，所述隔板一端固定在水槽上，另一端通過柔性薄膜與船模連接，所述空間被隔板與柔性薄膜分割為多個(gè)環(huán)繞在船模周側(cè)的單元水密腔室，柔性薄膜與隔板、船模的連接處密封；
[0008]所述傳感器系統(tǒng)包括布置在船模上的應(yīng)變傳感器和采集船模扭轉(zhuǎn)信息的角位移傳感器，所述應(yīng)力傳感器、角位移傳感器分別與所述信號(hào)調(diào)理及采樣系統(tǒng)連接，信號(hào)調(diào)理及采樣系統(tǒng)與所述終端連接。
[0009]在上述方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)選的技術(shù)方案還包括:
[0010]所述應(yīng)變傳感器的設(shè)置點(diǎn)包括船舶艙室大開口角隅處、船模舷側(cè)外板，所述角位移傳感器布置在所述軸上。
[0011]各單元水密腔室在與其對(duì)應(yīng)的隔板上設(shè)有讀取水深的刻度，方便觀察船模的吃水深度。
[0012]所述柔性薄膜優(yōu)選采用橡膠柔性薄膜。
[0013]所述船模優(yōu)選采用聚氨酯泡沫塑料制成。
[0014]所述隔板包括一片位于所述軸正下方的縱向隔板和若干片垂直于縱向隔板的橫向隔板。
[0015]所述信號(hào)調(diào)理及采樣系統(tǒng)包括電荷放大器和多通道數(shù)據(jù)采集儀，電荷放大器的輸入端與各傳感器連接，其輸出端與所述多通道數(shù)據(jù)采樣儀連接，多通道數(shù)據(jù)采集儀與所述終端連接，通過終端顯示采集數(shù)據(jù)。
[0016]—種用于如上所述波浪中航行的大開口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的操作方法，其特征在于，包括模擬波形的步驟:
[0017]據(jù)船舶航行水域的波浪狀況，選取某一瞬時(shí)波形作分析，借助實(shí)驗(yàn)裝置的各單元水密腔室，將該瞬時(shí)波形劃分為對(duì)應(yīng)的若干個(gè)階段，對(duì)每個(gè)階段的波幅擇定一平均值，之后在各單元水密腔室中注水合適的水量，形成與所述平均值比例對(duì)應(yīng)的水深。
[0018]有益效果:
[0019](I)此扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置是模擬大開口船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原理而制成的實(shí)驗(yàn)裝置。作為教學(xué)使用的實(shí)驗(yàn)裝置，不是直接加載扭矩，而是模擬船舶航行海況，使實(shí)驗(yàn)真實(shí)，易觀察，更具有說服力；
[0020](2)現(xiàn)有的扭轉(zhuǎn)計(jì)算方法及軟件只是用來計(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；
[0021](3)船模由特定材料制成的，與水槽之間柔性連接，受到扭矩作用后會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，產(chǎn)生的視覺效果，在教學(xué)過程中讓學(xué)生的印象深刻；
[0022](4)在船模變形的同時(shí)，測(cè)量?jī)x器采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這樣可以用來說明船模是因?yàn)槭艿脚ぞ刈饔枚a(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)，證明扭矩導(dǎo)致船舶發(fā)生扭轉(zhuǎn)；
[0023](5)在船模根據(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。
【附圖說明】
[0024]圖1為一實(shí)施例中前后對(duì)稱的船舶與波浪成α角度前進(jìn)的示意圖；
[0025]圖2為圖1中船舶前半部分吃水情況的示意圖；
[0026]圖3為圖1中船舶后半部分吃水情況的示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為船模與水槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為圖5Α-Α縱向截面的示意圖；
[0030]圖7為圖5Β-Β橫向截面的示意圖。
[0031]上圖中，1-水槽，2-隔板，3-船模，4-柔性薄膜，5-軸，6_角位移傳感器，7_應(yīng)變傳感器，8-船模大開口，9-電荷放大器，10-多通道信息采樣儀，11-計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了闡明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。
[0033]—種波浪中航行的大開口船舶扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，主要由扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)主體與測(cè)量?jī)x器組成。所述扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)主體由水槽1、具有大開口 8的船模3、連接水槽I與船模3的隔板2和柔性薄膜4等組成。所述測(cè)量?jī)x器由刻度尺、傳感器系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)理及采樣系統(tǒng)和帶有顯示單元的終端等組成，所述傳感器系統(tǒng)包括角位移傳感器6、應(yīng)變傳感器7等，所述信號(hào)調(diào)理機(jī)采樣系統(tǒng)由電荷放大器9和多通道數(shù)據(jù)采集儀10構(gòu)成，所述帶有顯示單元的終端采用計(jì)算機(jī)11。
[0034](一 )實(shí)驗(yàn)裝置的制作:
[0035]扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中的制作大開口船模3選擇具有一定硬度和回彈性的材料，保證船模常態(tài)下能夠維持平衡，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復(fù)原來的狀態(tài)，如聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫板等。水槽I和隔板2選用具有一定剛度的材料制作。連接船模I與隔板2的柔性薄膜4優(yōu)選采用橡膠薄膜。
[0036]如圖4至圖7所示的一實(shí)施例中，所述隔板2包括一片位于船模3縱向中線下方的