[發明專利]測試拖錨過程中錨運動形態及錨抓力的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710402020.5
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107121139A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 任宇曉;閆澍旺;李亞奇;王彥頔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01B5/00;G01B5/24;G01L1/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種測試錨的抓力和形態變化的裝置。特別是涉及一種測試拖錨過程中錨運動形態及錨抓力的試驗裝置及方法。

背景技術

近年來隨著經濟全球化的發展以及海洋資源的大力開發利用，越來越多的適用于不同工程背景(大型油輪、大中型貨輪、海上浮式平臺及其他海上建筑)的錨被研發出來，從早期的有桿錨(海軍錨、Trotmann錨(英國)、Martin錨(法國))，到無桿錨(霍爾錨(英國)、JIS無桿錨(日本)、斯貝克錨(荷蘭)、尾翼式錨(中國))，再到20世紀中葉前后出現的大抓力錨(Wishbone錨(英國)、AC-14型錨(英國)、波爾錨(荷蘭)、德宏錨(丹麥)、DA-1型錨(日本))，以及其他的特種錨(魚雷錨、樁錨等)。不同設計形式的錨在底質中的運動形態各有特點，這直接決定著錨的抓力大小及穩定性、嚙土性能等各項關鍵性能的發揮。

對于各類型錨的研究大多集中在采用模型試驗或實船試驗測試錨抓力上，例如：Neubecker和Randolph在砂土中拖曳錨的離心模型試驗中，通過在模型錨上表面安裝垂直探針的方法來測試錨的位置、埋深和翻轉角度，但該離心模型試驗中所用模型錨的自重較小，探針的重量會對錨的受力和重心分布產生較大的影響。Lee等人和Shin等人通過模型試驗研究了不同底質中不同錨型的錨抓力大小，但對于直接關系到錨性能的錨在底質中的運動形態，沒有做進一步研究。中村技研工業有限會社、Kuniaki、Hinata、佐藤治夫、戎嘉隆、中國船舶及海洋工程設計院試驗室、瀘東造船集團等采用實船試驗或模型試驗研究了錨的抓住性能和入土性能等，為錨的實際使用提供了極為可靠的實際數據，不過，在錨在底質中的實際運動形態的發展變化規律上還有待深入的研究，而這一規律直接關系著錨的姿態發展，從而影響著錨的抓駐性、穩定性及其他各項性能。Bruce公司的試驗利用合成鋰皂石模擬海底基床，觀測錨在底質中的運動軌跡和形態，但該方法與實際情況差異較大。李林安、王世斌等發明了模擬海底管道抗錨害的試驗裝置，可分析拋錨和拖錨過程，但試驗中不能直接測量錨的位置、形態變化等重要參數。劉軍、韓聰聰等人等提出了測量錨運動軌跡和承載力的簡易方法，該方法通過加速度傳感器和力傳感器測試錨的承載力和運動軌跡，不過對船用錨由于錨鏈臥底段傳遞的水平或角度較小的拖曳力無法很好的模擬。另外，還有提出采用紅外線、X光、CT掃描成像、雷達等技術測量的，但上述方法花費巨大且操作復雜不易使用。

綜上所述，現有方法集中于利用模型試驗、實船試驗研究錨的抓力性能和抓住性能等，以及在試驗基礎上提出的理論分析，但對直接關系著錨工作性能的錨與海床土體的相互作用、在拖動過程中的姿態變化(平動、插入與翻轉等)等，目前還沒有較直觀可靠的研究手段。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可模擬不同底質、不同初始埋深、不同錨型、不同拖曳角度和速度的測試拖錨過程中錨運動形態及錨抓力的試驗裝置及方法。

本發明所采用的技術方案是：一種測試拖錨過程中錨運動形態及錨抓力的試驗裝置，包括有裝載底質土體、槽壁頂標有水平刻度的試驗槽和埋在所述底質土體中的模型錨，還設置有門型架，所述門型架兩側的側板安裝在所述試驗槽兩側的側壁上，且能夠沿所述的側壁滑動，埋在底質土體中的模型錨通過1根以上的繩與所述門型架的橫梁相連接，所述模型錨的前端還通過拖曳鋼絲繩連接位于試驗槽外部的能夠帶動所述模型錨在底質土體中沿所述試驗槽的長度方向移動的拖曳機構，所述的拖曳機構上連接有用于采集拖曳力的數據采集系統。

所述試驗槽的兩個側壁的上端面沿長度方向分別各設置有導軌，所述門型架兩側的側板結構相同，均在底部一體形成有滑塊，所述滑塊底端面向內凹進的形成有能夠套在所述導軌上并在外力的推動下使滑塊沿所述導軌移動的凹槽。

所述拖曳機構包括有：位于所述試驗槽后端的能夠通過連接拖曳鋼絲繩來拖曳模型錨移動的主動拖曳機構和位于所述試驗槽前端的用于滑動的支撐所述拖曳鋼絲繩的滑動支撐機構，所述拖曳鋼絲繩的另一端貫穿所述試驗槽前端的槽壁連接位于底質土體內的模型錨。

所述主動拖曳機構包括有用于滑動的支撐所述拖曳鋼絲繩的后端定滑輪，以及位于所述后端定滑輪下方并與所述拖曳鋼絲繩一端相連的変速卷揚機，所述拖曳鋼絲繩通過所述后端定滑輪的支撐連接所述滑動支撐機構，其中，所述的后端定滑輪的高度為使所支撐的拖曳鋼絲繩位于所述試驗槽上端口的上方。