基于船舶防撞装置的桥墩碰撞冲击试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及一种船舶—防撞装置—桥墩碰撞系统的冲击试验装置及其试验方法，用于真实模拟有水环境下的船与防撞装置的碰撞过程。

背景技术：

随着我国交通运输业的快速发展，跨越江河的桥梁也越来越多，伴随而来的是船舶撞击桥梁的重大事故，带来重大的安全隐患和财产损失。为了得出相应的对策，设计试验模拟船舶的撞击过程变得至关重要。船舶与防撞装置或桥墩的碰撞发生在有水环境中，而之前大量的碰撞试验方法并没有考虑水对碰撞的影响。为了提高试验的准确性，本发明中的试验装置设置在无水或有水环境中，可以充分考虑碰撞过程中水的影响，因此能够真实地模拟无水或有水环境下的船舶—防撞装置——桥墩碰撞系统的碰撞过程。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于船舶防撞装置的桥墩碰撞冲击试验装置及其试验方法，考虑到了水的影响，真实地模拟无水或有水环境下的船舶防撞装置桥墩碰撞系统的碰撞过程。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于船舶防撞装置的桥墩碰撞冲击试验装置，包括水池、混凝土桥墩模型、船舶模型、导轨和平板车，所述水池内设置有水，所述混凝土桥墩模型竖直固定于水池中，所述混凝土桥墩模型上通过悬挂绳索悬挂设置有防撞装置，所述水池中的水上设置有船舶模型，所述船舶模型与防撞装置处于同一水平面；所述船舶模型通过悬挂绳索与平板车悬挂连接，所述平板车设置在导轨上，所述导轨架设在船舶模型的上方；所述船舶模型和平板车的水平方向通过定滑轮牵引设置有重物，所述重物下坠，牵引平板车和船舶模型朝向混凝土桥墩模型方向的防撞装置碰撞。

进一步的，所述重物距离坠地点的距离小于船舶模型的前端距离防撞装置的碰撞面距离。

进一步的，所述防撞装置前方设置有两个前、后设置的光电传感器。

进一步的，可以通过调节悬挂防撞装置和船舶模型的所述悬挂绳索的长度来实现不同吃水深度的碰撞工况。

进一步的，所述导轨的一端与混凝土桥墩模型顶端铰接，所述导轨的另一端与支撑柱连接；所述导轨绕混凝土桥墩模型旋转，模拟船舶模型与防撞装置的多角度碰撞的实验工况。

基于船舶防撞装置的桥墩碰撞冲击试验装置的试验方法，试验过程分为以下阶段：

在牵引阶段中，通过重物下落，牵引船舶模型前进，重物的一部分重力势能转化为船舶模型、平板车和重物的动能，为船舶模型提供碰撞的初始速度；

在自由滑行阶段开始时，重物落到地面上，船舶模型自由滑行；

在碰撞阶段开始前的瞬间，船舶模型前端通过光电传感器，测量出船舶模型与防撞装置碰撞前船舶模型的瞬时速度，之后发生船舶模型与防撞装置的碰撞。

在准备阶段中，选取一定质量的重物，根据所需的船舶模型碰撞时的速度调整重物的释放高度，计算出船舶模型与防撞装置之间的距离，调整船舶模型与防撞装置之间的距离；可以通过使支撑柱和导轨围绕混凝土桥墩模型转动多个角度，实现船舶模型与防撞装置的多角度碰撞的试验工况；可以调节悬挂绳索的长度，调节船舶模型的吃水深度；在试验阶段中，释放重物，经过牵引阶段、自由滑行阶段与碰撞阶段，船舶模型与防撞装置碰撞完成，读取光电传感器测得的船舶模型碰撞前的瞬时速度，即完成一次冲击试验。

排去水池中的水，则该试验装置可用于无水环境下的碰撞试验。

有益效果：

1、通过改变重物的释放高度、重物的质量以及船舶模型的初始位置，能够控制船舶模型撞击防撞装置时的动量。

2、通过使支撑柱和导轨围绕混凝土桥墩模型转动一定角度，可以实现船舶模型与防撞装置的不同角度碰撞的试验工况。

3、试验过程可发生在无水或有水环境中进行，可以真实地模拟船舶防撞装置桥墩碰撞系统的碰撞过程。

4、平板车与船舶模型均通过牵引绳索连接于重物之上，因此可保证平板车与船模的同步运动。

5、在碰撞前留有船舶模型的自由滑行阶段，可保证碰撞时船模不受到牵引力作用。

6、防撞装置与船舶模型均由悬挂绳索悬挂，可以通过调整悬挂绳索的长度实现不同吃水深度的碰撞工况。

7、不失一般性，若排去水池中的水，则该试验装置可用于无水环境下的碰撞系统模型试验。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1，基于船舶防撞装置的桥墩碰撞冲击试验装置，包括水池11、混凝土桥墩模型7、船舶模型10、导轨1和平板车6，所述水池11内设置有水，所述混凝土桥墩模型7竖直固定于水池11中，所述混凝土桥墩模型7上通过悬挂绳索4悬挂设置有防撞装置9，所述水池11中的水上设置有船舶模型10，所述船舶模型10与防撞装置9处于同一水平面；所述船舶模型10通过悬挂绳索4与平板车10悬挂连接，所述平板车10设置在导轨1上，所述导轨1架设在船舶模型10的上方，调节悬挂绳索4的长度可实现不同吃水深度的碰撞工况；所述船舶模型10和平板车6的水平方向通过定滑轮2牵引设置有重物5，所述重物5下坠，牵引平板车6和船舶模型10朝向混凝土桥墩模型7方向的防撞装置9碰撞。需要注意的是，所述重物5距离坠地点的距离小于船舶模型10的前端距离防撞装置9的碰撞面距离。使船舶模型10与防撞装置9碰撞时不再受到牵引力作用。

在所述防撞装置9前方设置有两个前、后设置的光电传感器13，用来检测船舶模型10碰撞前的瞬时速度。

进一步模拟多角度碰撞试验，所述防撞装置9包裹环绕一周设置在混凝土桥墩模型7上。所述导轨1的一端与混凝土桥墩模型7顶端铰接，所述导轨1的另一端与支撑柱8连接；所述导轨1绕混凝土桥墩模型7旋转，模拟船舶模型10与防撞装置7的多角度碰撞的实验工况。

基于船舶防撞装置的桥墩碰撞冲击试验装置的试验方法，试验过程分为以下阶段：

在牵引阶段中，通过重物5下落，牵引船舶模型10前进，重物5的一部分重力势能转化为船舶模型10、平板车6和重物5的动能，为船舶模型10提供碰撞的初始速度，一部分重力势能则由水阻力做功和定滑轮2与牵引摩擦而耗散掉；

在自由滑行阶段开始时，重物5落到地面上，船舶模型10自由滑行；由于自由滑行阶段的意义在于使船舶模型10与防撞装置9碰撞时，即碰撞阶段，不再受到牵引力作用，为了减少船舶模型10动能的损失，因此自由滑行阶段的运动距离应尽量短；

在碰撞阶段开始前的瞬间，船舶模型10前端通过光电传感器13，测量出船舶模型10与防撞装置9碰撞前船舶模型10的瞬时速度，之后发生船舶模型10与防撞装置9的碰撞。

具体的试验准备阶段中，选取一定质量的重物5，根据所需的船舶模型10碰撞时的速度调整重物5的释放高度，计算出船舶模型10与防撞装置9之间的距离，调整船舶模型10与防撞装置9之间的距离；可以通过使支撑柱8和导轨1围绕混凝土桥墩模型7转动多个角度，实现船舶模型10与防撞装置9的多角度碰撞的试验工况；可以调节悬挂绳索4的长度，调节船舶模型10与防撞装置9的吃水深度；在试验阶段中，释放重物5，经过牵引阶段、自由滑行阶段与碰撞阶段，船舶模型10与防撞装置9碰撞完成，读取光电传感器13测得的船舶模型10碰撞前的瞬时速度，即完成一次冲击试验。

不失一般性，排去水池11中的水12，则该试验装置可用于无水环境下的碰撞试验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。