[发明专利]导轮式弹性绳索模拟装置及应用方法

说明书

技术领域

本发明属于港口航道工程实验室试验设备，具体涉及一种导轮式弹性绳索模拟装置及应用方法。

背景技术

随着海洋经济的快速发展，滨海资源得到进一步的开发，深海经济越来越受到重视。船型的大型化及码头的深水化成为必然的趋势，但随之而来的，工程建设也将面对越来越恶劣的自然条件。船舶的系泊及大型结构物的锚定通常会利用高强度的缆绳来与固定的墩柱连接以保证安全。缆绳的受力与船舶运动具有非常复杂的关系，它不仅涉及到系缆力等对船舶的非线性约束，同时还涉及风、水流动以及波浪的作用，而且不同的码头泊位布置方案如码头长度、结构布置等也会直接影响到船舶的系缆力的分布。其中，系泊缆绳的布置方式、使用数量、初张拉力以及材料种类都会对船舶和码头结构的安全与正常运行产生重要的影响。

如上所述，由于船舶所受外荷载的多样性，缆绳受力十分复杂，因此需要在实验室中通过船舶系泊物理模型试验的方法对实际工程中码头泊位和系泊船舶缆力设计等进行验证和优化。在实验室中进行船舶系泊物理模型试验时，需要合适的替代物来模拟实际工程中的弹性绳索(在实际工程中，缆绳在受拉力作用下都会有一定变形，而其变形将影响对于系缆物体的约束,缆绳的受力变形特性与其长度、直径以及材料等因素有关，表现为明显的非线性特点。因此正确的模拟弹性绳索对于试验结果具有重要的影响)。

目前，试验室主要通过组合弹簧片或者寻找相似替代材料来模拟实际工程原型的弹性绳索，如以缩小的钢丝绳、尼龙线等性能接近的材料来进行试验。但上述方法均无法较为准确模拟实际绳索的拉力-变形曲线(即无法准确模拟实际绳索的拉力变形特性)。一方面需要多次重复试验，操作费时，且模拟效果较差；另一方面，由于实际工程中采用的绳索多样，且由于试验比尺限制，很难找到一种便捷、通用的方法来模拟弹性绳索。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提出一种可以准确模拟实际工程中的弹性绳索的导轮式弹性绳索模拟装置。该导轮式弹性绳索模拟装置可以准确模拟实际绳索的拉力变形特性，适用于船舶系泊、大型结构物锚定等弹性绳索模拟，可推广应用于其他类型模型试验的绳索模拟。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种导轮式弹性绳索模拟装置，包括两个滑道板，在滑道板上沿其长向竖直开设有多个滑槽，在每一个滑槽上设置可以上下自由滑动的限位螺丝；在两个滑道板中间竖直设置有一空心导轨，空心导轨底部固定于底板上，空心导轨顶端设置一定滑轮，空心导轨的底部还滑动套装有一托盘；定滑轮一侧的导线竖直穿过空心导轨并与底部托盘相连；其中空心导轨侧面留有缝隙，以使托盘能够随导线通过导轨上下移动；在空心导轨上还套设有多个重块，重块的数量与单个滑道板上的滑槽的数量一致；重块之间通过弹簧连接，并在每个重块的底部水平设置支撑杆，支撑杆的两端分别搭接在两个滑道板滑槽上的限位螺丝上，以使重块只能向上移动而限制其向下运动；当弹性绳索受力时，绳索拉力通过滑轮导线将底部托盘提起，并压缩弹簧，当重块提升高度达到一定程度时，底部托盘与其上重块相接并继续向上运动；至拉力达到最大值时，重块停止向上运动，并随着拉力变小向下运动；当拉力恢复至小于某个重块的重量时，该重块由于受到限位螺丝的阻挡而停止向下运动。

在上述技术方案中，每个滑道板上竖直设置5-10个规格相同的滑槽，每个滑槽等间距布置。

在上述技术方案中，滑轮另一侧的导线与另一个可移动的滑轮相连，该可移动的滑轮可灵活固定于弹性绳索的一段。

在上述技术方案中，在滑道板一侧，设置一标尺，其精度为毫米级，用于控制各个重块之间的距离。

在上述技术方案中，为防止重块在与托盘或前一个重块接触前被弹簧顶起，将重块下部设置凹槽，将弹簧一段设置在凹槽内，即留有部分的弹性空间。

所述的导轮式弹性绳索模拟装置的具体设置方法：

(1)根据原型弹性绳索拉力-变形对应关系，计算得到缩尺后的与原型对应的模型绳索的拉力-变形关系，并取若干节点(F_n，L_n)，见下表，