[發(fā)明專利]一種水介質(zhì)中船冰碰撞簡化計算模擬裝置及模擬方法

有效

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• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108750002B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 張健;王甫超;陳可鑫;韓文棟;姚鋆凡
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B63B71/20
• 分類號: B63B71/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

本發(fā)明公開了一種水介質(zhì)中船冰碰撞簡化計算模擬裝置，包括水箱，水箱內(nèi)設有可升降的支撐架，支撐架上放置冰體模型，水箱內(nèi)放置有船模，在水箱上設有導軌，導軌上設有拖帶裝置，拖帶裝置通過拖帶桁架與船模連接，在船舶的頂端設有壓力傳感器，壓力傳感器依次與電荷放大器、多通道信號采集儀和計算機連接；通過拖帶裝置的移動帶動船舶碰撞冰體模型，從而通過壓力傳感器采集碰撞數(shù)據(jù)。本發(fā)明在不使用冰材料的前提下，能夠開展不同冰體形狀、冰體質(zhì)量、撞擊速度、撞擊位置、船模浮態(tài)以及撞擊角度的高壓力載荷，較好反映船與冰撞擊的真實情況，成本低、易操作、風險小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水介質(zhì)中船冰碰撞簡化計算模擬裝置及模擬方法，屬于船舶領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，海洋經(jīng)濟已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的新增長點，北極開發(fā)及北極航道的開辟不僅為我國新的戰(zhàn)略提供新的保障，而且縮短了航運時間，但是隨著海洋開發(fā)的大規(guī)模開展，影響海上結(jié)構(gòu)物安全和操作的海冰災害問題、海冰與結(jié)構(gòu)物相互作用問題日益突出。在極地區(qū)域行駛的船舶不可避免的與冰體發(fā)生碰撞，船冰碰撞本身是一個復雜的非線性過程，在水介質(zhì)中研究船冰碰撞又增加一層難度。目前的研究通常是將水介質(zhì)作為附加質(zhì)量施加于船體上來考慮水的作用，而忽略掉水介質(zhì)在船-冰碰撞過程中水壓變化的影響。在船冰接觸碰撞過程中產(chǎn)生的瞬間的強沖擊力，固然是研究船-冰碰撞最為值得關(guān)注的載荷，事實上，在船冰接觸之前的船-冰近場逼近過程中，船冰之間的水由于受到船冰之間的擠壓而預先產(chǎn)生一個高壓力場也是不可忽略的重要因素，該壓力場在船體結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了一個瞬時高壓力載荷，當以船-冰接觸時的速度為計算原點，忽略該壓力場對船體是偏于危險的。也有一部分學者通過流固耦合來考慮水的作用，雖然現(xiàn)代計算機軟硬件不斷升級，流固耦合法由于采用有限體積法處理流體單元，需要花費大量的計算時間，其計算時間約為非流固合法的幾倍。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種替代船冰碰撞過程中水影響的壓力測試裝置，實時監(jiān)測船與冰碰撞之前全過程船體碰撞區(qū)域的水壓力載荷，并對數(shù)值仿真進行驗證，實現(xiàn)由船-水-冰三者全耦合而產(chǎn)生的水介質(zhì)對船冰碰撞載荷的影響轉(zhuǎn)化為對船體碰撞面預加載荷，達到解耦目的，同時能夠在不使用冰材料的前提下，能夠開展不同冰體形狀、冰體質(zhì)量、撞擊速度、撞擊位置、船模浮態(tài)以及撞擊角度的高壓力載荷，較好反映船與冰撞擊的真實情況，成本低、易操作、風險小。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種水介質(zhì)中船冰碰撞簡化計算模擬裝置，包括水箱，水箱內(nèi)設有可升降的支撐架，支撐架上放置冰體模型，水箱內(nèi)放置有船模，在水箱上設有導軌，導軌上設有拖帶裝置，拖帶裝置通過拖帶桁架與船模連接，在船舶的頂端設有壓力傳感器，壓力傳感器依次與電荷放大器、多通道信號采集儀和計算機連接；通過拖帶裝置的移動帶動船舶碰撞冰體模型，從而通過壓力傳感器采集碰撞數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，所述船模上設有保護裝置，保護裝置為L型件，一端固定在拖帶桁架上，另一端位于船首前側(cè)。

作為優(yōu)選，所述水箱內(nèi)還設有打撈裝置，打撈裝置包含泡沫和細繩，泡沫通過細繩與冰塊模型連接。

作為優(yōu)選，所述壓力傳感器安裝在船模的外板撞擊周圍的預留小孔中，并用玻璃膠固定密封。

作為優(yōu)選，所述冰體模型的非撞擊面都設有開孔。

作為優(yōu)選，所述支撐架由固定框架、支撐平臺和升降桿組成，固定框架寬度大于船模寬度，高度低于拖車，框架兩側(cè)配有螺母，升降桿為帶有螺紋的鋼棒。

一種上述的水介質(zhì)中船冰碰撞簡化計算模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟：

1)將支撐架放于水池中間位置，然后將冰體模型放置到支撐架上，調(diào)整支撐架承載面距水池底壁的距離，確保冰體80％淹沒在水面以下，最后在支撐架承載面上調(diào)整冰體模型，確定撞擊角度與撞擊位置；

2)將船模放入預裝位置，調(diào)整其吃水，拖帶桁架將船模固定和拖車固定；