卧式压力筒内摆锤式可调碰撞试验装置及其使用方法与流程

本发明涉及压力碰撞试验，尤其是一种卧式压力筒内摆锤式可调碰撞试验装置及其使用方法。

背景技术：

1、水下航行器在国防、深海资源开发和海洋能源勘探中已经获得了广泛应用，由于海洋环境较为恶劣，导致航行器水下碰撞事故时有发生。与水面舰船相比，水下航行器储备浮力较小，遭遇水下碰撞时受到深水压力和碰撞冲击载荷的耦合作用更易造成结构的损伤，威胁船员生命安全，并引起次生灾难。

2、现有技术中，碍于试验设施及试验成本限制，对于深海高压环境下的结构碰撞问题的研究主要以数值仿真方法为主，可查文献的研究进度均止步于软件仿真，缺乏必要的试验研究及验证。

3、随着国家海洋战略的实施，国内各大研究机构建造了多种不同尺寸及型式的深海环境模拟装置，即压力筒。压力筒按安装布置方式分为立式压力筒和卧式压力筒，国内最大的卧式压力筒为中国船舶研究中心青岛分部的284压力筒，它的建成极大提高了我国水下工程结构强度及稳定性的试验能力，但其测试范围以静水压力试验为主。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的卧式压力筒内摆锤式可调碰撞试验装置及其使用方法，用以开展静水压力效应下耐压结构在碰撞抨击载荷作用下的结构响应，并且能够灵活调整摆锤角度和长度，用于模拟不同载荷下的碰撞试验，为水下航行器航行安全性提供有力的试验验证手段。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种卧式压力筒内摆锤式可调碰撞试验装置，包括卧式布设的压力筒，所述摆锤式可调碰撞试验装置包括底座，底座顶面的前端和后端分别安装有前框架和后框架，前框架和后框架为大小一致、前后间隔布设的环形结构，前框架和后框架之间经由横梁衔接固定为一体框架；所述前框架和后框架上分别沿着圆周方向间隔安装有多个限位组件，限位组件端部均与压力筒内壁面相抵；所述一体框架内顶部向下转动安装有伸缩式刚性杆，伸缩式刚性杆端部固定有重球，位于伸缩式刚性杆后方的一体框架内顶部还安装有耐压电磁吸组件；

4、所述重球以伸缩式刚性杆为半径向后摆动，重球由得电状态的耐压电磁吸组件吸附。

5、作为上述技术方案的进一步改进：

6、所述底座底部安装有轮子，底座经由轮子支承于压力筒内；所述一体框架相对于压力筒同心布设，限位组件中包括有沿着压力筒径向伸缩调节的螺杆，螺杆外端头与压力筒内壁面相抵。

7、所述限位组件的结构为：还包括沿厚度方向内外贯穿前框架或是后框架的限位座，螺杆贯穿限位座并螺旋配装，位于限位座内侧的螺杆端部固设有施力部，位于限位座外侧的螺杆端部固设有抵压部，抵压部外端头设置为外凸弧面结构，外凸弧面结构与压力筒内壁面相抵。

8、所述横梁包括有衔接于前框架、后框架之间顶端、左端、右端的三组以上；所述伸缩式刚性杆转动安装于前框架内顶面处，位于前框架和后框架顶端之间的横梁上沿着长度方向间隔开设有多个挂装孔，其中一个挂装孔上挂装有耐压电磁吸组件。

9、所述前框架内底面中部向下安装有固定架，固定架下部设置有轴向为左右布设的横轴，横轴经由轴承与伸缩式刚性杆顶端转动安装。

10、所述伸缩式刚性杆的结构为：包括沿着长度方向插装相配的外管和内管，外管和内管相互插装的端部均沿着长度方向间隔开设有多个通孔，单个通孔均沿着直径方向贯穿布设；所述外管上的其中一个通孔与内管上的其中一个通孔轴向一致并共同插装插销。

11、所述耐压电磁吸组件与重球位于同一竖直面内，耐压电磁吸组件经由手拉葫芦挂装于一体框架上；所述手拉葫芦顶部设置有上挂钩，手拉葫芦底部设置有下挂钩，耐压电磁吸组件顶部向上延伸有吊耳，穿设于各个吊耳绕装有挂装缆，挂装缆与上方的下挂钩挂装。

12、所述耐压电磁吸组件的结构为：包括开口朝上的耐压罐体，耐压罐体内部容纳有电磁吸盘，电磁吸盘经由线缆连接至电源，电磁吸盘得电则产生磁力，失电则磁力消失；所述耐压罐体上方开口端经由法兰结构密闭配装有法兰端盖，构成密闭容器，法兰端盖上安装有供线缆向外穿出的水密接头；所述法兰端盖的法兰边缘与耐压罐体顶部的法兰结构贴合并经由紧固件相互固定配装，法兰端盖与耐压罐体相接面之间压装有密封件，密封件围绕耐压罐体的开口沿着周向布设。

13、所述耐压罐体底面经由格栅件固定安装有磁吸板，磁吸板底面安装限位板；所述限位板沿着周向间隔布设有多个，单个限位板内侧面均设置为斜面结构，多个限位板内侧共同构成开口朝下的锥形结构，重球与锥形结构内侧面贴合相切。

14、一种所述的卧式压力筒内摆锤式可调碰撞试验装置的使用方法，所述压力筒内底面的前部经由固定座固定有试验模型，压力筒内底面的后部安装有摆锤式可调碰撞试验装置；

15、所述使用方法包括如下步骤：

16、在试验模型上布设传感器组件，调节限位组件使其端部与压力筒内壁面均相抵；

17、调节伸缩式刚性杆的长度，轻推重球，使得重球以伸缩式刚性杆为半径向后摆动时正好位于耐压电磁吸组件的底面中心处，重球以伸缩式刚性杆为半径向前摆动时碰撞至试验模型的预设位置处；

18、将传感器组件、耐压电磁吸组件的线缆引出至压力筒外部，并分别连接至应变测试仪和电源；

19、将电源闭合，摆动伸缩式刚性杆，使得重球向后摆动并吸附于耐压电磁吸组件的底面中部；

20、安装压力筒的筒盖使其密封，进行静水压力的加载，直至压力筒内静水压力达到目标压力；

21、断开电源的开关，随着耐压电磁吸组件上磁力的消失，重球以伸缩式刚性杆为半径进行摆动，撞击至前方试验模型的预设位置上，使得试验模型发生撞击结构响应，由传感器组件测得碰撞的结构应变和结构变形，完成高压静水环境下的碰撞试验。

22、本发明的有益效果如下：

23、本发明结构紧凑、合理，操作方便，在加载静水压力的状态下，伸缩式刚性杆端部的重球向后上摆并由得电状态下的耐压电磁吸组件吸附，失电后重球向前摆动撞向前方的试验模型，从而开展静水压力效应下耐压结构在碰撞抨击载荷作用下的结构响应试验，研究结构的强度和稳定性；并且通过伸缩式刚性杆长度的调节，能够灵活调整摆锤角度和长度，用于模拟不同载荷下的碰撞试验，从而大大提升试验灵活性，为水下航行器航行安全性提供极有力的试验验证手段；

24、本发明还包括如下优点：

25、经由耐压电磁吸组件对于重球的断电分离功能，有效实现了静水压力状态下的碰撞模拟试验，实现水下工程结构的重球碰撞结构相应研究，准确度高，试验效果好；并且耐压电磁吸组件可以重复使用，经久耐用，还可以经由耐压电磁吸组件的快速拆装进行保养维护，实用性好；

26、经由伸缩式刚性杆长度的调整、耐压电磁吸组件相对于重球前后位置的调整、以及耐压电磁吸组件本身高度的调整，来模拟不同载荷大小下的碰撞试验，极大地开拓了大尺度卧式压力筒的试验领域，使其能够更好地为国防工业发展服役；

27、一体框架周向经由限位组件内抵于压力筒内底面上，使得摆锤式可调碰撞试验装置相对于压力筒的位置相对固定，有效保证了碰撞试验的顺利、顺畅进行，保障试验的可靠性。