[发明专利]一种水下结构碰撞试验装置

说明书

本发明涉及水下耐压结构碰撞试验技术领域，尤其是一种水下结构碰撞试验装置。其包括半开放式压力筒，半开放式压力筒内设有测量腔，半开放式压力筒上端面设有与测量腔连通的圆形的开口端；所述半开放式压力筒的开口端设有承压活塞；所述承压活塞上设有上下贯通的试件安装孔，半开放式压力筒的测量腔内设有柱壳结构试件，半开放式压力筒的测量腔内壁和承压活塞、柱壳结构试件之间填满液体。本发明在柱壳结构试件和承压活塞上分别设置独立的加压装置，能将作用在柱壳结构上的轴向应力和周向应力分离，通过变换两个独立的加压装置的载荷大小，能够改变柱壳结构试件的压应力状态，从而在不同应力状态下进行柱壳结构水下碰撞试验。

技术领域

本发明涉及水下耐压结构碰撞试验技术领域，尤其是一种水下结构碰撞试 验装置。

背景技术

深海装备在海洋资源开发中具有举足轻重的地位，近年来，我国深海装备 取得长足发展，其中“蛟龙号”和“深海勇士号”载人潜水器是先进深海装备 和技术的重要代表。

但是在发展工程问题的同时，相应的基础科学问题并没有得到有效的解决， 目前潜水器和潜艇等大型装备在设计时，针对水下发生碰撞的因素考虑不足， 设计时多是以安全系数的形式笼统涵盖，也并没有深入研究水下耐压结构及非 耐压结构发生碰撞时结构的变形响应与破坏机制。碰撞问题的研究在汽车与航 空领域研究比较多，但是以上两个领域的研究，受碰撞结构多是无预应力或是 以拉应力为主要预应力的状态(结构应力三轴度普遍为正值)，以上结构在模拟 试验时比较容易，并不需要对试验结构进行额外的改进。而在深海装备领域， 结构的应力状态与上述领域相比差距较大，结构受周围流体的围压作用，发生 碰撞之前耐压结构的应力三轴度普遍为负值。因此这为试验装置的设计带来了较大的难度，在常规的封闭式压力筒里，开展上述试验过于封闭，且不易观察 试验状态，无法准确把控试验现象与结果。同时，力学领域普遍认为，当结构 处于不同应力状态时(多数以应力三轴度和罗德参数表征)，其失效模式与机理 是不同的，当应力三轴度较高时(拉应力为主)，结构破坏多数呈法向方式，原 子结构是正向拉断，而当应力三轴度较低甚至为负值时(压应力为主)，结构破 坏以剪切破坏为主导机制，此时原子分离呈现45°滑移。在以上技术背景下， 本文提出了一种开展水下结构碰撞的试验装置，能够较好的覆盖柱壳结构的应 力状态变化范围，便于开展科学问题研究及工程问题验证。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下结构碰撞试验装 置，能将作用在柱壳结构上的轴向应力和周向应力分离，从而在不同应力状态 下进行柱壳结构水下碰撞力学性能变化试验。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下结构碰撞试验装置，包括半开放式压力筒，所述半开放式压力筒 为圆柱形筒体结构，半开放式压力筒内设有测量腔，半开放式压力筒上端面设 有与测量腔连通的圆形的开口端；所述半开放式压力筒的开口端设有承压活塞， 承压活塞和半开放式压力筒的开口端之间为密封连接；

所述承压活塞上设有上下贯通的试件安装孔，半开放式压力筒的测量腔内 设置柱壳结构试件，柱壳结构试件和承压活塞的试件安装孔之间为密封连接， 柱壳结构试件上部从承压活塞的试件安装孔中伸出，半开放式压力筒的测量腔 内壁和承压活塞、柱壳结构试件之间填满液体；

所述柱壳结构试件为圆柱体结构，柱壳结构试件内设有应力测量腔，柱壳 结构试件的应力测量腔侧壁上设有多个应变片，所述半开放式压力筒外侧壁上 设有水密接头，水密接头和应力测量腔内的多个应变片电连接；

所述柱壳结构试件的上端面设有万能试验机，万能试验机能够向柱壳结构 试件的上端面提供轴向压力，承压活塞的上端面设有加压装置，加压装置能够 向承压活塞的上端面提供轴向压力，进而通过半开放式压力筒内的液体对柱壳 结构试件产生围压；