[发明专利]船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及分段型船模波浪载荷测试技术领域，具体涉及用于对测量梁上各测量剖面的应变与船模各测量剖面遭受的波浪载荷之间的关系进行标定的装置及方法，尤其涉及对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的扭矩之间的关系进行标定的装置及方法。

背景技术

波浪载荷测试系统主要用于测量波浪剪力、弯矩、扭矩和砰击压力，涉及船模自身结构设计和测试系统设计两方面，现阶段用于试验的船模结构设计主要包括连续型船模、分段型船模和整体弹性船模这三种，而其中，分段型船模的设计更能适合波浪载荷的试验目的。在利用分段型模型进行波浪载荷试验的方法中，可利用阻力或耐波性试验模型，在欲测量波浪弯矩的横剖面处断开，并以一定弯曲刚度的金属测量梁来牢固连接船模纵向分割的各个分段，通过与船模分段切口对应的金属梁上粘贴的应变片和外部应变仪，将船模本身在波浪中遭受的弯矩以应变的形式反映出来，再通过一系列计算式计算出波浪弯矩和扭矩。上述测试方法是基于金属梁上测到的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷之间存在着某种对应关系，因此在测试之前，即将测量梁安装到船模上进行试验之前，需要确定每个测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷的对应关系系数，而目前用于确定所述对应关系系数的装置和方法还存在很大的研究空间。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置及方法，其可对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷中的扭矩之间的关系系数进行标定。

本发明的技术方案如下：

本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置，包括测量梁，测量梁的测量剖面处的梁表面上设有应变片，测量梁一端固定在支架上，另一端固接有杆件，杆件与测量梁的轴线垂直，杆件的一端通过钢丝绳悬挂有托盘，托盘上可放置砝码，杆件两端与所述悬挂端的距离相等。

其进一步技术方案为：

所述测量梁为圆形金属管。

所述应变片沿测量梁测量剖面处的梁表面以90°均布，且测量剖面上对应的四片应变片为全桥连接。

本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定方法，包含以下步骤：

第一步，将粘贴有应变片的测量梁一端固定在支架上，使测量剖面径向上的应变片与测量剖面的竖向直径成45°布置，在杆件的一端通过钢丝绳悬挂托盘，令i表示测量剖面，令L表示杆件的长度；

第二步，在托盘上分级加载砝码后，再分级卸载砝码，应用外部动态应变仪和计算机控制系统采集测量梁各测量剖面的应变输出U_i0，U_i1，……，U_im，m为加载和卸载的总级数；

第三步，重复第二步，即在托盘上重复分级加载、卸载砝码并采集应变输出数据，操作n次，则测量梁的每一个测量剖面均得到相应n大组的应变输出数据；

第四步，对第二步和第三步中采集的数据进行分析，首先对测量梁的每一个测量剖面的n大组的砝码作用力及应变输出数据分别采用最小二乘法进行拟合，则每一个测量剖面可以得到n个拟合系数Ft_1i，Ft_2i，……， Ft_ni;

第五步,将第一步中的钢丝绳以及托盘悬挂在杆件的另一端，重复第二步和第三步，则测量梁的每一个测量剖面均得到另外n大组的应变输出数据；

第六步，对第五步中采集的数据进行分析，首先对测量梁的每一个测量剖面的另外n大组的砝码作用力及应变输出数据分别采用最小二乘法进行拟合，则每一个测量剖面可以得到另外n个拟合系数Ft_1i＇，Ft_2i＇，……， Ft_ni＇;

第七步，通过第四步和第六步获得的拟合系数以及杆件的长度L计算出分段型船模的每一个分段测量剖面的扭矩Mt_i的标定系数Ct_i，即Ct_i=[（Ft_1i- Ft_1i＇）+（Ft_2i- Ft_2i＇）+……+（Ft_ni- Ft_ni＇）] * L/n。

其进一步技术方案为：

从所述第二步至第三步，总共操作的次数n至少为三次。

本发明的技术效果：

本发明可以实现对测量梁各测量剖面的应变与船模各测量剖面实际遭受的波浪载荷中的扭矩之间的关系系数进行标定，且结构简单，操作方便。