[發(fā)明專利]一種研究破碎波浪對圓柱的砰擊荷載及壓強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011580174.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112798223B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高洋洋;朱佳慧;王立忠
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01L11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開了一種研究破碎波浪對圓柱的砰擊荷載及壓強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置，包括實(shí)驗(yàn)水槽、設(shè)于實(shí)驗(yàn)水槽底部的斜坡模型、設(shè)于實(shí)驗(yàn)水槽上的導(dǎo)軌、以及設(shè)于導(dǎo)軌上的圓柱結(jié)構(gòu)模型；所述的圓柱結(jié)構(gòu)模型可沿實(shí)驗(yàn)水槽的導(dǎo)軌滑動，以實(shí)現(xiàn)在不移動斜坡模型的情況下，改變圓柱結(jié)構(gòu)與波浪破碎點(diǎn)的相對位置。所述實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)波浪沿著不同坡度傳播進(jìn)而破碎的過程，如果需要改變?nèi)肷洳▊鞑テ露龋恍枵{(diào)節(jié)迎浪向鋁合金型材以及鋁合金型材上鋪設(shè)鋼板的總長度；所述實(shí)驗(yàn)裝置能夠測量相同波浪條件下不同位置處的波浪砰擊荷載，只需通過調(diào)節(jié)滑塊的位置；所述實(shí)驗(yàn)裝置能夠測量波浪砰擊壓強(qiáng)沿圓柱體表面的分布，只需在預(yù)先留好的螺栓孔上安裝壓強(qiáng)傳感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型破碎波砰擊荷載研究實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是研究波浪在不同坡度上的傳播特性、圓柱在不同位置處的受力以及壓強(qiáng)分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

目前，傳統(tǒng)關(guān)于海上結(jié)構(gòu)物的破碎波砰擊研究主要有理論研究、數(shù)值模擬研究以及物理模型實(shí)驗(yàn)研究。由于波浪破碎過程的復(fù)雜性，相應(yīng)的理論研究較少，且較難應(yīng)用到實(shí)際工程；而破碎波的數(shù)值模擬過程所需計(jì)算量巨大，同時破碎波與圓柱結(jié)構(gòu)物相互作用時摻氣現(xiàn)象較為明顯，數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性及精度仍需提高；相較于前兩者，物理模型實(shí)驗(yàn)研究得到的結(jié)果更準(zhǔn)確且真實(shí)性更高，但目前對波浪荷載的物理模型試驗(yàn)研究通常以研究非破碎波為主，獲得作用與圓柱的靜力以及沿著圓柱表面的波浪爬升，對于研究破碎波砰擊荷載及壓強(qiáng)分布規(guī)律的物理模型試驗(yàn)裝置仍較缺乏。

物理模型實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)場地的限制，無法重現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境條件，通常采用一定的模型縮尺在實(shí)驗(yàn)水槽中開展。在實(shí)驗(yàn)水槽中開展破碎波對圓柱結(jié)構(gòu)的砰擊荷載時，由于波浪破碎過程的復(fù)雜性，波浪沿著不同的斜坡傳播具有不同的破碎形態(tài)，為研究不同破碎類型的波浪的荷載帶來了難度；同時波浪所產(chǎn)生的砰擊荷載以及底板所受到荷載均較大，對模型的固定要求提出了較大的考驗(yàn)；對于破碎波所產(chǎn)生的荷載，圓柱結(jié)構(gòu)位于不同位置時往往差異較大。基于以上的考慮，需要有一套實(shí)驗(yàn)裝置可以考慮坡度和圓柱位置的影響測量破碎波砰擊荷載以及柱體表面的壓強(qiáng)分布。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)研究波浪砰擊荷載的研究存在的由于砰擊荷載瞬時增大導(dǎo)致無法準(zhǔn)確測量、圓柱結(jié)構(gòu)表面壓強(qiáng)無法捕捉、缺少關(guān)于模型坡度及坡高對波浪破碎狀態(tài)影響等相關(guān)問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的研究破碎波浪對圓柱的砰擊荷載及壓強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置。本裝置不僅可以測量作用在圓柱上的破碎波浪荷載及壓強(qiáng)表面分布，而且通過鋁合金型材間的組合可以考慮波浪沿著不同坡度傳播進(jìn)行破碎的影響，有利于模擬海上圓柱型結(jié)構(gòu)物在面臨不同的海況條件下所受到的荷載及其表面分布規(guī)律。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種研究破碎波浪對圓柱的砰擊荷載及壓強(qiáng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括實(shí)驗(yàn)水槽、設(shè)于實(shí)驗(yàn)水槽底部的斜坡模型、設(shè)于實(shí)驗(yàn)水槽上的導(dǎo)軌、以及設(shè)于導(dǎo)軌上的圓柱結(jié)構(gòu)模型；所述的圓柱結(jié)構(gòu)模型可沿實(shí)驗(yàn)水槽的導(dǎo)軌滑動，以實(shí)現(xiàn)在不移動斜坡模型的情況下，改變圓柱結(jié)構(gòu)與波浪破碎點(diǎn)的相對位置；實(shí)驗(yàn)水槽的側(cè)面是透明的；

所述的斜坡模型包括不銹鋼固定底板、鋁合金型材以及不銹鋼板，所述不銹鋼板通過鋁合金型材與不銹鋼固定底板固定連接，鋁合金型材的長度可調(diào)節(jié)，用于改變迎浪向坡度與坡高；不銹鋼板通過T形螺栓與螺母固定在鋁合金型材上，不銹鋼板可根據(jù)需要進(jìn)行更換；

所述的圓柱結(jié)構(gòu)模型包括導(dǎo)軌支架、傳感器和圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軌支架下端連接，實(shí)現(xiàn)圓柱結(jié)構(gòu)的懸空布置，測力傳感器設(shè)于圓柱結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌支架之間，用于測量圓柱結(jié)構(gòu)所受到的波浪荷載；圓柱結(jié)構(gòu)表面設(shè)有壓強(qiáng)傳感器，用于測量破碎波作用于圓柱結(jié)構(gòu)表面的局部砰擊壓強(qiáng)；所述的圓柱結(jié)構(gòu)模型通過導(dǎo)軌支架與導(dǎo)軌連接。

上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)軌支架通過滑塊與導(dǎo)軌連接，可以在實(shí)驗(yàn)水槽上部自由滑動并在研究所需位置處停靠，利用木工夾進(jìn)行固定。