专利名称：船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置及方法
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ui(l，Uil,……，Uim，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Ftli, Ft2i, ......, Ftni;
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Ftli ' , Ft2i ^，……，Ftni';
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Mti的标定系数Cti,即Cti=[ (Ftl1- Ftli丨)+ (Ft21- Ft2i丨)+......+ (Ftn1- Ftni ' ) ] * 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。
图1为分段型船模与测量梁的装配示意图。图2为本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置的简易结构示意图。图3为测量梁的测量剖面及应变片的布置示意图。
具体实施例方式下面结合附图，说明本发明的具体实施方式
。在对测量梁I各测量剖面7的应变一弯矩系数进行标定前，先要根据分段型船模9的分段测量剖面位置精确定位出测量梁I的各个测量剖面7的位置，即测量梁I的测量剖面7与分段型船模9的分段测量剖面相对应，见图1，图1为分段型船模9与测量梁I的装配示意图，图中船模9分成4段，通过测量梁I下方的刚性固定基座10将船模9的各分段连接起来，且测量梁I的各测量剖面7与分段型船模9的各分段测量剖面位置一一对应。见图2，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1，测量梁I的测量剖面7处的梁表面上设有应变片2，测量梁I 一端通过卡扣固定在支架3上，另一端固接有杆件8，杆件8与测量梁I的轴线垂直，杆件8的一端通过钢丝绳4悬挂有托盘5，托盘5上可放置砝码6，杆件8的两端与所述悬挂端的距离相等。优选地，测量梁I为圆形金属管，见图3，应变片2沿测量梁I测量剖面7处的梁表面以90°均布，且测量剖面7上对应的四片应变片2为全桥连接。
当需要对测量梁I的扭矩Mt进行标定时，所述标定装置需要使用两次，即杆件8的两端均要作为钢丝绳4和托盘5的悬挂端，且杆件8的两端不能同时作为悬挂端，而是分先后顺序独立作为悬挂端。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2的测量梁I 一端固定在支架3上，使测量剖面7径向上的应变片2与测量剖面7的竖向直径成45°布置，在杆件8的一端通过钢丝绳4悬挂托盘5，令i表示测量剖面7,令L表示杆件8的长度；
第二步，在托盘5上分级加载砝码6后，再分级卸载砝码6，应用外部动态应变仪和计算机控制系统采集测量梁I各测量剖面7的应变输出Uitl, Uil，……，Uim，m为加载和卸载的总级数；
第三步，重复第二步，即在托盘5上重复分级加载、卸载砝码6并采集应变输出数据，操作n次，则测量梁I的每一个测量剖面7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I的每一个测量剖面7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7可以得到n个拟合系数Ftli,Ft2i,……，Ftni，Ftni为砝码作用力与应变输出的拟合系数；
第五步，将第一步中的钢丝绳4以及托盘5悬挂在杆件8的另一端，重复第二步和第三步，则测量梁I的每一个测量剖面7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I的每一个测量剖面7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7可以得到另外n个拟合系数
权利要求
1.船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置，包括测量梁(1)，测量梁(I)的测量剖面(7)处的梁表面上设有应变片(2)，其特征在于测量梁(I) 一端固定在支架(3)上，另一端固接有杆件(8)，杆件(8)与测量梁(I)的轴线垂直，杆件(8)的一端通过钢丝绳(4)悬挂有托盘(5)，托盘(5)上可放置砝码(6)，杆件(8)两端与所述悬挂端的距离相等。
2.按权利要求1所述的船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置，其特征在于所述测量梁(I)为圆形金属管。
3.按权利要求2所述的船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定装置，其特征在于所述应变片(2)沿测量梁(I)测量剖面(7)处的梁表面以90°均布，且测量剖面(7)上对应的四片应变片(2)为全桥连接。
4.船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定方法，其特征在于，包含以下步骤第一步，将粘贴有应变片(2)的测量梁(I) 一端固定在支架(3)上，使测量剖面(7)径向上的应变片(2)与测量剖面(7)的竖向直径成45°布置，在杆件(8)的一端通过钢丝绳(4)悬挂托盘(5),令i表不测量剖面(7),令L表不杆件(8)的长度；第二步，在托盘(5)上分级加载砝码(6)后，再分级卸载砝码(6)，应用外部动态应变仪和计算机控制系统采集测量梁(I)各测量剖面(7)的应变输出Uitl, Uil,……，Uiffl, m为加载和卸载的总级数；第三步，重复第二步，即在托盘(5)上重复分级加载、卸载砝码(6)并采集应变输出数据，操作η次，则测量梁(I)的每一个测量剖面(7)均得到相应η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(I)的每一个测量剖面(7)的η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(7)可以得到η个拟合系数Ftli, Ft2i,……，Ftni;第五步，将第一步中的钢丝绳(4)以及托盘(5)悬挂在杆件(8)的另一端，重复第二步和第三步，则测量梁(I)的每一个测量剖面(7)均得到另外η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(I)的每一个测量剖面(7)的另外η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(7)可以得到另外η个拟合系数Ft1^ , Ft2i ;，……，Ftn^ ;第七步，通过第四步和第六步获得的拟合系数以及杆件(8)的长度L计算出分段型船模(9)的每一个分段测量剖面的扭矩Mti的标定系数Cti,即Cti=[ (Ftl1- Ftli丨)+ (Ft21-Ft2i ; ) +......+ (Ftn1- Ftni ' )] * L/n。
5.按权利要求4所述的船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定方法，特征在于从所述第二步至第三步，总共操作的次数η至少为三次。
全文摘要
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；本发明之船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定方法通过在杆件两端独立进行分级加载及卸载砝码的方式，采集各测量剖面的应变，得出砝码作用力与应变的拟合系数，并由两组拟合系数、杆件长度，计算出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扭矩的关系系数。本发明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。
文档编号G01L25/00GK103033314SQ20121056489
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者汪雪良, 顾学康, 胡嘉骏, 徐春, 丁军 申请人:中国船舶重工集团公司第七○二研究所