专利名称：舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种船舶工程技术领域的装置，尤其涉及的是一种舰用管接头横 向冲击刚度及阻尼特性的测试装置。
背景技术：
舰艇管路系统结构形式复杂、分布跨度大，在受到水下爆炸引起的冲击载荷时，易 发生变形、破损并引起管道泄漏失效，危及舰艇生命力及艇上人员的安全。如何有效设计舰 艇管路系统以提高其抗冲击能力是令人十分关注的问题。在对舰艇复杂管路进行冲击响应 分析及预测时，准确确定所选型的管接头自身的横向冲击刚度及阻尼参数是问题的关键之 一。只有准确的知道了元器件自身的刚度参数后，方可在设计时进行准确的计算分析，并根 据分析结果进行合理设计、布局。舰用柔性管接头包括波纹管、橡胶接头、膨胀接及挠性接管等多种元件，与普通钢 管相比，这类管接头的几何结构形式复杂且材料特性多样，难以单通过计算手段来获得横 向冲击刚度及阻尼参数。而且与普通静刚度不同，冲击刚度描述了结构在 受到冲击载荷时 表现出的抵抗变形的能力，一般和材料的应变率特性相关，所以无法通过普通的静态试验 来进行测试。这些难点导致了目前在行业内对于管接头横向冲击刚度的测试时没有一个通 用的测试装置和相应的方法，通常对每种管接头都要设计相应的夹具，试验周期长且不方 便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种舰用管接头横向冲击刚度及阻 尼特性的测试装置，针对常用的舰用柔性管接头，准确快捷的测试其横向冲击刚度及阻尼 系数。该装置针对不同形式的管接头具有良好的通用性且考虑了管道内部工作介质及内压 力对于接头动态特性的影响。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括支架、第一转接头、第二转接头、 法兰盘、圆盘质量块、横梁、位移传感器、加速度传感器、第一阀门、第二阀门、泵和压力表， 其中支架上固定横梁，第一转接头和第二转接头分别用法兰盘密封固定在被测管接头的 两端，被测管接头的中间用法兰盘密封固定圆盘质量块，第一转接头和第二转接头分别固 定在支架上，位移传感器和圆盘质量块相连以传输位移信号，加速度传感器和圆盘质量块 相连以传输加速度信号，第一转接头和第一阀门相连，第二转接头和第二阀门相连，泵设于 第二转接头上，压力表设于第一转接头上。所述的法兰盘中间设有橡胶密封圈进行密封。所述的第一转接头是密封转接头。所述的第二转接头是开孔转接头。所述的位移传感器和加速度传感器分别与外部数据采集仪相连。如果管接头实际工作时有水、油等密度较大的工作介质，则将第一阀门和第二阀门打开，然后用泵向接头内灌注相应的工作介质。待注满后，关闭第一阀门，并继续用泵增 加工作压力，并从压力表上监测当前压力。待达到预定压力值后，关闭第二阀门。按被测管接头在艇上实际的位置，确定其工作时的冲击输入，在确保密封装置无泄漏后，即可开展冲击试验，同时通过位移传感器及加速度传感器测试圆盘质量块上的瞬 态加速度及位移。测试后，检查连接是否松动以及密封装置是否有渗漏。根据台面冲击加速度得到作用在圆盘质量块的惯性力F(t)和根据位移传感器上 测得圆盘质量块的位移响应y (t)，再用有阻尼单自由度系统的冲击响应特性，求得等效单 自由度系统的刚度及阻尼。在此基础上，根据弹性梁理论即可得到被测管接头的等效横向 冲击刚度以及相应的阻尼系数。本发明相比现有技术具有以下优点用法兰盘将接头固定在支架上，对于管径相 同但形式不同的管接头，只需要调节安装位置无需更换零件，而对于管径不同的接头，仅需 更换转接头即可，保证了测试装置具有较好的通用性，不同类型的舰用管接头，均可在本装 置上通过数量较少的几次试验和简单分析，准确快捷的确定其横向冲击刚度及阻尼系数； 测试装置同时考虑了接头实际工作时管道内的工作介质、压力对相关参数的影响。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的等效力学模型图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括两个被测管接头1、试验台2、支架3、第一转接头4、第 二转接头5、法兰盘6、圆盘质量块7、横梁8、位移传感器9、加速度传感器10、第一阀门11、 第二阀门12、泵13和压力表14，其中试验台2上固定支架3，支架3上固定横梁8，第一转 接头4和第二转接头5分别用法兰盘6密封固定在被测管接头1的两端，两个被测管接头 1的中间用法兰盘6密封固定圆盘质量块7，第一转接头4和第二转接头5分别固定在支架 3上，位移传感器9设于横梁8上，位移传感器9的接头和圆盘质量块7相连以传输位移信 号，加速度传感器10和圆盘质量块7相连以传输加速度信号，第一转接头4和第一阀门11 相连，第二转接头5和第二阀门12相连，泵13设于第二转接头5上，压力表14设于第一转 接头4上。所述的第一转接头4是密封转接头，通过法兰盘6与被测管接头1相连且内部相 通并起到密封作用，外端通过焊接的钢管与压力表15相连，在注水时能排空内部空气，在 加压时则完全密封。所述的第二转接头5是开孔转接头，通过法兰盘6与被测管接头1相连，外侧开孔 并并通过软管对被测管接头1内部进行注水和加压。所述的法兰盘6中间设有橡胶密封圈进行密封。所述的位移传感器9和加速度传感器10通过信号转接盒和电荷放大器与外部的数据采集仪相连，对测得的电信号进行记录分析。本实施例中支架3为L型钢架，有较好的固定作用，通过螺栓或者焊接将其固定在 试验台2上。通过法兰盘6将接头固定在支架3上，对于管径相同但形式不同的管接头，只需要 调节安装位置无需更换零件，而对于管径不同的接头，仅需更换转接头即可，保证了测试装 置具有较好的通用性。如果管接头实际工作时有水、油等密度较大的工作介质，则将第一阀门11和第二 阀门12打开，然后用泵13向接头内灌注相应的工作介质。待注满后，关闭第一阀门11，并 继续用泵13增加工作压力，并从压力表14上监测当前压力。待达到预定压力值后，关闭第 二阀门12。本实施例的泵13是手摇式泵13，能够较好的压力控制在预设范围内。按被测管接头1在艇上实际的位置，确定其工作时的冲击输入，在确保密封装置 无泄漏后，即可开展冲击试验，同时通过位移传感器9及加速度传感器10测试圆盘质量块 7上的瞬态加速度及位移。测试后，检查螺栓连接是否松动以及密封装置是否有渗漏。如图2所示，本实施例的等效力学模型图中，a是等效质量，b是等效梁，c是固支 边界。根据台面冲击加速度得到作用在圆盘质量块7的惯性力F(t)和根据位移传感器9 上测得圆盘质量块7的位移y (t)，利用有阻尼单自由度系统的冲击响应特性，求得等效单 自由度系统的刚度及阻尼。在此基础上，根据弹性梁理论即可得到被测管接头的等效横向 冲击刚度以及相应的阻尼系数。将被测管接头1简化等效为一等截面，长度为L的直梁，假设其抗弯刚度位EJ，即 对应的材料弹性模量为E，截面惯性矩为J。根据固支弹性梁的变形理论，在中间圆盘质量 块7处两个固支的被测管接头1同时作用的刚度应为 其中，L表示单个管接头的实际长度。当不考虑大变形引起的非线性问题时，系统 可以简化为有阻尼的单自由度系统，其运动方程写为 其中，me，ce和分别为等效质量、阻尼系数及刚度，y(t)表示中间质量的位移，点 上标表示其导数，分别对应速度及加速度。F(t)则表示作用在中间质量(含两个法兰盘) 上的惯性力，取决于冲击强度及中间质量大小。根据有阻尼单自由度系统的冲击响应特性，可确定系统的刚度及阻尼特性。首先 根据记录的时程响应曲线，测量i个整周期响应的时间间隔A t，即可得到系统的周期T及 固有频率f 而为了求得阻尼系数，首先求取对数衰减率5 其中，yn表示冲击输入结束后，中间质量位移响应的第n个峰值。在得到对数衰减率5后，即可按下式求得阻尼比ζ及阻尼系数 cc
ζ＝ζ/√4π2+ζ2，cc＝4πmcfζ通常为了使试验结果更准确，可进行冲击强度不同的多次试验，然后利用最小二 乘法，找到最好的刚度及阻尼系数，使得各次试验的误差之和为最小。
权利要求
一种舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，其特征在于，包括支架、第一转接头、第二转接头、法兰盘、圆盘质量块、横梁、位移传感器、加速度传感器、第一阀门、第二阀门、泵和压力表，其中支架上固定横梁，第一转接头和第二转接头分别用法兰盘密封固定在被测管接头的两端，被测管接头的中间用法兰盘密封固定圆盘质量块，第一转接头和第二转接头分别固定在支架上，位移传感器和圆盘质量块相连以传输位移信号，加速度传感器和圆盘质量块相连以传输加速度信号，第一转接头和第一阀门相连，第二转接头和第二阀门相连，泵设于第二转接头上，压力表设于第一转接头上。
2.根据权利要求1所述的舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，其特征 是，所述的法兰盘中间设有橡胶密封圈。
3.根据权利要求1所述的舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，其特征 是，所述的第一转接头是密封转接头。
4.根据权利要求1所述的舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，其特征 是，所述的第二转接头是开孔转接头。
5.根据权利要求1所述的舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，其特征 是，所述的支架是L型钢架。
6.根据权利要求1所述的舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，其特征 是，所述的位移传感器和加速度传感器通过信号转接盒和电荷放大器与外部的数据采集仪 相连。
全文摘要
一种海洋工程技术领域的舰用管接头横向冲击刚度及阻尼特性的测试装置，支架上固定横梁，第一转接头和第二转接头分别用法兰盘密封固定在被测管接头的两端，被测管接头的中间用法兰盘密封固定圆盘质量块，第一转接头和第二转接头分别固定在支架上，位移传感器和圆盘质量块相连以传输位移信号，加速度传感器和圆盘质量块相连以传输加速度信号，第一转接头和第一阀门相连，第二转接头和第二阀门相连，泵设于第二转接头上，压力表设于第一转接头上。对不同类型的舰用管接头，均可通过数量较少的几次试验和简单分析，准确快捷的确定其横向冲击刚度及阻尼系数；同时考虑了接头实际工作时管道内的工作介质、压力对相关参数的影响。
文档编号G01M7/08GK101839797SQ20101015433
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月24日 优先权日2010年4月24日
发明者华宏星, 张志谊, 谌勇 申请人:上海交通大学