波浪中航行的大开口船舶扭转实验装置及操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种演示大开口船舶扭转变形的实验装置及操作方法，属于教学实验仪器领域。
【背景技术】
[0002]伴随着全球经济一体化的发展，海洋运输业发展迅猛，以集装箱船为代表的大开口船舶由于其舱室的大开口能够有效提高装卸效率，而被广泛使用。普通船舶在水面上航行受到的扭转力矩与总纵弯矩相比小得多，因此人们对船舶扭转强度的研究尚不够重视，在学习中学生也缺少对船舶扭转强度的认识，然而大开口船舶由于其大开口的结构特点导致了船体扭转强度被削弱，因此也造成了众多事故，故扭转强度对于大开口船舶来说，其重要性比总纵强度更加值得重视，对大开口船舶的扭转进行研究也具有越来越重要的意义。
[0003]目前针对大开口船舶扭转的研究主要集中在计算与软件分析方面，在教学中只能进行船舶发生扭转的外力探讨，不能让学生直观的看到船舶因受扭矩而发生的扭转变形，从而影响学生认知扭转对大开口船舶造成的危害。目前的研究表明，造成大开口船舶发生扭转的原因主要有以下两类:1)船舶在波浪中航行时受到扭矩；2)船舶由于货物装载不平衡受到扭矩。
【发明内容】
[0004]本发明的技术目的是针对【背景技术】中第I)种情况，提供一种可演示大开口船舶在波浪中航行扭转变形的实验装置及相应的操作方法，方便学生掌握相应的技术知识，提高教学效果。
[0005]本发明公开的技术方案为:
[0006]波浪中航行的大开口船舶扭转实验装置，包括水槽、船模、传感器系统、信号调理及采样系统和带有显示单元的终端:
[0007]所述船模通过纵向贯穿船模扭转中心的轴与水槽两端的槽壁连接，船模可以该轴为中心扭转，船模到水槽槽壁和水槽底面之间的空间设有若干隔板，所述隔板一端固定在水槽上，另一端通过柔性薄膜与船模连接，所述空间被隔板与柔性薄膜分割为多个环绕在船模周侧的单元水密腔室，柔性薄膜与隔板、船模的连接处密封；
[0008]所述传感器系统包括布置在船模上的应变传感器和采集船模扭转信息的角位移传感器，所述应力传感器、角位移传感器分别与所述信号调理及采样系统连接，信号调理及采样系统与所述终端连接。
[0009]在上述方案的基础上，进一步改进或优选的技术方案还包括:
[0010]所述应变传感器的设置点包括船舶舱室大开口角隅处、船模舷侧外板，所述角位移传感器布置在所述轴上。
[0011]各单元水密腔室在与其对应的隔板上设有读取水深的刻度，方便观察船模的吃水深度。
[0012]所述柔性薄膜优选采用橡胶柔性薄膜。
[0013]所述船模优选采用聚氨酯泡沫塑料制成。
[0014]所述隔板包括一片位于所述轴正下方的纵向隔板和若干片垂直于纵向隔板的横向隔板。
[0015]所述信号调理及采样系统包括电荷放大器和多通道数据采集仪，电荷放大器的输入端与各传感器连接，其输出端与所述多通道数据采样仪连接，多通道数据采集仪与所述终端连接，通过终端显示采集数据。
[0016]—种用于如上所述波浪中航行的大开口船舶扭转实验装置的操作方法，其特征在于，包括模拟波形的步骤:
[0017]据船舶航行水域的波浪状况，选取某一瞬时波形作分析，借助实验装置的各单元水密腔室，将该瞬时波形划分为对应的若干个阶段，对每个阶段的波幅择定一平均值，之后在各单元水密腔室中注水合适的水量，形成与所述平均值比例对应的水深。
[0018]有益效果:
[0019](I)此扭转实验装置是模拟大开口船舶发生扭转的原理而制成的实验装置。作为教学使用的实验装置，不是直接加载扭矩，而是模拟船舶航行海况，使实验真实，易观察，更具有说服力；
[0020](2)现有的扭转计算方法及软件只是用来计算船舶扭转的翘曲应力，而本实验装置可以使学生了解船舶发生扭转的基本成因及扭转发生的基本原理，船模发生的扭转变形，可以使学生对船舶扭转有一个直观认识，强化学生对船舶发生扭转的机理的理解；
[0021](3)船模由特定材料制成的，与水槽之间柔性连接，受到扭矩作用后会发生扭转变形，产生的视觉效果，在教学过程中让学生的印象深刻；
[0022](4)在船模变形的同时，测量仪器采集到相应的数据，这样可以用来说明船模是因为受到扭矩作用而产生扭转变形的，结合测量数据，证明扭矩导致船舶发生扭转；
[0023](5)在船模根据相似性理论设计与制作的前提下，本扭转实验的实验数据可映射至实际船舶，用于评估实际船舶的扭转强度。
【附图说明】
[0024]图1为一实施例中前后对称的船舶与波浪成α角度前进的示意图；
[0025]图2为图1中船舶前半部分吃水情况的示意图；
[0026]图3为图1中船舶后半部分吃水情况的示意图；
[0027]图4为本发明一实施例的整体结构示意图；
[0028]图5为船模与水槽的结构示意图；
[0029]图6为图5Α-Α纵向截面的示意图；
[0030]图7为图5Β-Β横向截面的示意图。
[0031]上图中，1-水槽，2-隔板，3-船模，4-柔性薄膜，5-轴，6_角位移传感器，7_应变传感器，8-船模大开口，9-电荷放大器，10-多通道信息采样仪，11-计算机。
【具体实施方式】
[0032]为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0033]—种波浪中航行的大开口船舶扭转实验装置，主要由扭转实验主体与测量仪器组成。所述扭转实验主体由水槽1、具有大开口 8的船模3、连接水槽I与船模3的隔板2和柔性薄膜4等组成。所述测量仪器由刻度尺、传感器系统、信号调理及采样系统和带有显示单元的终端等组成，所述传感器系统包括角位移传感器6、应变传感器7等，所述信号调理机采样系统由电荷放大器9和多通道数据采集仪10构成，所述带有显示单元的终端采用计算机11。
[0034](一 )实验装置的制作:
[0035]扭转实验中的制作大开口船模3选择具有一定硬度和回弹性的材料，保证船模常态下能够维持平衡，受到扭矩时会发生扭转变形，在扭矩消失后仍能回复原来的状态，如聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫板等。水槽I和隔板2选用具有一定刚度的材料制作。连接船模I与隔板2的柔性薄膜4优选采用橡胶薄膜。
[0036]如图4至图7所示的一实施例中，所述隔板2包括一片位于船模3纵向中线下方的