[發明專利]一種基于擠壓加載方式的模型冰脊制備裝置及方法

有效

• 申請號: 202210060946.1
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114464069B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 薛彥卓;鐘凱;倪寶玉;尤嘉;袁廣宇;武奇剛;狄少丞;魯陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于極地船舶與海洋工程技術領域，具體涉及一種基于擠壓加載方式的模型冰脊制備裝置及方法。本發明考慮了實際冰脊的生成過程中的特點，提供的模型冰脊制備裝置及方法適用于冰水池內，使用預切割碎冰堆積，并用模型冰脊制備裝置對模型冰脊進行外形整理、加載施壓、再凍結的方式構建模型冰脊，可滿足模型冰脊的結構形式與力學性質和實際冰脊的相似性。本發明采取的結構形式簡單，易于在實驗室條件下進行制備，填補了現有模型冰脊制備裝置及方法的空白。

技術領域

本發明屬于極地船舶與海洋工程技術領域，具體涉及一種基于擠壓加載方式的模型冰脊制備裝置及方法。

背景技術

近年來，北極海冰的覆蓋面積和厚度持續縮減，極地航行和資源開發日益現實，巨大的經濟利益促使國際船舶市場對專業的破冰船、各類極地運輸船舶與工程的需求越來越迫切。在破冰船等極地作業裝備的設計建造中，冰載荷的輸入相對于常規海域顯得尤為重要。

破冰航行中遭遇的海冰，按其表面特性可分為平整冰(Level?ice)和變形冰(Deformed?ice)。其中，民用極地船舶適用的極地規范(如PC規范)通常針對層冰。不同冰級的類別劃分主要按照冰厚以及冰的硬度。變形冰系指漂浮的海冰在海岸特征、氣旋天氣或匯集流等影響下受擠壓導致表面變形并被迫向上或向下形成聚集在一起的冰。通常，冰較薄位置處，冰片可能相互疊起或浮冰塊相互騎疊，形成重疊冰(Rafted?ice)；冰較厚位置處，因冰壓力作用可能形成冰脊(Ridge)。

換句話說，冰脊源于海冰在風、浪、流等環境作用下發生破碎后由于擠壓、重疊等作用由大小不同、形狀各異的冰塊逐漸堆積，之后其內部冰塊以及漂移的冰層在低溫環境下發生凍結形成。其內部充滿裂縫和缺陷，導致后續的破壞以局部變形失效為主。冰脊在水面以上的部分稱為冰帆(Sail)，水下的部分稱為龍骨(Keel)。盡管冰脊沒有平整冰硬，但其尺寸相對較大；在不考慮冰山的極端影響下，當年生冰脊與船舶碰撞產生的冰載荷足以決定其設計冰載荷。

由此可以看出對于冰脊力學性質的分析和獲取，以及分析結構物與冰脊碰撞的作用規律和載荷特性是十分必要的，然而由于運輸成本，實驗成本等的考慮，采用實地現場獲取冰脊和測量力學參數會耗費大量的人力和物力。在實驗室的條件下制備相應的模型冰脊，并對其力學性質進行分析可以極大程度上為破冰船及其他極地船舶的設計提供試驗參考。

在現有的相關研究中，尚未出現關于模型冰脊制備方法的研究。專利號CN201310756056.5的發明專利“一種覆雪模型冰蓋的制備方法”中，主要介紹了一種平整模型冰蓋及其上表面覆雪層的制備方法。模型冰為平整冰，與本發明的模型冰脊的制備方法不同。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于擠壓加載方式的模型冰脊制備裝置及方法。

一種基于擠壓加載方式的模型冰脊制備裝置，所述模型冰脊由龍帆、固結層和龍骨構成；所述龍帆的帆高寬度為d1，脊帆高度為h1；所述龍骨的寬度為d2，深度為h2，滿足d2≥d1，6h1≥h2≥2h1；所述模型冰脊制備裝置包括支撐裝置與加載裝置；所述支撐裝置包括底座1、左側下部伸縮桿2、右側下部伸縮桿3、龍骨整形裝置4、左側方伸縮桿5、右側方伸縮桿6；所述龍骨整形裝置4包括兩塊龍骨整形板，兩塊龍骨整形板一端通過龍骨角度調節器14連接并安裝在底座1上，另一端分別通過左側下部伸縮桿2、右側下部伸縮桿3支撐；所述左側方伸縮桿5、右側方伸縮桿6分別布置于龍骨整形裝置4的左右兩側；所述加載裝置包括水平擋板7、脊帆整形裝置8；所述脊帆整形裝置8有兩組，分別通過伸縮加載桿9、加載角度控制器(12,13)與左側方伸縮桿5、右側方伸縮桿6連接；所述水平擋板7通過板間角度調節器(10,11)與脊帆整形裝置8連接。