基于累计冲击的钢质防撞设施P-a性能测定的试验方法与流程

本发明涉及船用防撞设施性能检测方法，尤其涉及基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法。

背景技术：

1、防撞设施的规模体量巨大，采用足尺模型试验，验证防撞设施的消能效果，从技术上和成本上是难以实现的；由于防撞装置的撞击力-变形曲线对速度的敏感，因此提出测试防撞设施在一定速度下的撞击力-撞深关系的变形曲线，防撞装置的撞击力—变形曲线是衡量防护性能的重要指标，但该曲线的测定存在一下难题；速度的响应，不同的撞击速度，材料反映出不同的动力学本构关系，尤其对钢材而言，在低速冲击下，不同速度材料的力学性能有着显著的差异，因此撞击力-变形曲线的测定必须采用动力学冲击试验手段；同时又由于防撞装置的撞击力-变形曲线对速度的敏感，在试验中速度不能进行相似比，因此撞击物的质量必须很大，但是由于船舶的质量非常大,一般都是1000dwt、2000dwt.......，在试验条件下撞击物不可能做到这么大；而且目前大型撞击力冲击下撞击力测试的主要技术路径有两种：

2、方案1：在撞击体上布置加速度传感器，通过采集的撞击瞬间的加速度值，f＝ma得到撞击力；存在的问题是：加速度计布置在不同的测点，加速度值有很大的差异；撞击力瞬间加速度值容易过载，导致采样失真；方案2：直接测力法，汽车撞击碰撞力的采集，是在车辆的碰撞位置布置压电式力传感器，直接采集撞击力；存在问题：单个传感器量程有限，对于大型冲击很难满足测量需要；因此我们提出了一种基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，实现了大量程撞击的直接采集，提高数据采集的精确性；通过检测试验装置与冲击车直接的碰撞力并检测试验装置的变形，可以得到该速度下防撞装置的撞击力-撞深曲线，为防撞装置消能效果的评估提供依据。

2、基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，包括以下步骤：

3、步骤1：将防撞试样固定在刚性墙上，采用刚性车以一定的速度和质量撞击防撞试样，通过检测防撞试样传递给刚性墙的反力来确定防撞试样承受的碰撞力，并根据碰撞力反推得到的防撞试样的变形时程曲线，来确定单次撞击下防撞试样的p-a(percussiveforce—strain)曲线；

4、步骤2：然后将刚性车以相同速度、相同质量下多次撞击防撞试样，采用累计撞击法直至试样彻底压溃；最后将多次撞击得到的p-a(撞击力-撞深)曲线进行“拼合”，可以得到防撞试样压溃下的p-a(撞击力-撞深)曲线。

5、进一步的，所述步骤1中，被撞试样压缩变形后向反力墙传递撞击力，撞击力作用在集力板上，集力板与反力墙中间均分布多个压电式力传感器；通过数据采集系统，同步采集各力传感器的数据信号，进行时域叠加后得到完整的撞击力时域信号；

6、

7、

8、其中：pd(t)：撞击合力时域信号

9、单个传感器承受的撞击力时域信号

10、m：冲击车质量(t)

11、v：撞击初速度(m/s)

12、a(t):防撞试样变形量时域信号(m)

13、t:撞击时间(s)。

14、进一步的，所述步骤2具体为：保持撞击速度不变的情况下，将整个撞击过程切割成多段，将需要的撞击质量切分成多次，m＝n*m1，n即为撞击次数；通过n次m1质量的撞击，来代替一次m质量的撞击；通过对防撞试验的多次加载-卸载，可以得到完整的撞击力-撞深曲将大质量物体的一次撞击等效果小质量的多次撞击，通过将小质量的多次撞击等到的撞击力——变形曲线进行“拼合”，最后得到防撞装置整体的撞击力—变形曲线。

15、进一步的，其中n取值的范围，当工程误差允许在10％的范围内，n取值为10，工程误差允许在15％范围内，n取12；当工程误差允许在10％的范围内，撞击的速度应大于3.8m/s。。

16、进一步的，撞击力——变形曲线进行“拼合”的具体步骤为：

17、步骤a:将一次撞击得的的p-a曲线拆分为加载段和恢复段，其中加载段指的是变形曲线ai(t)数值增加时的pi(t)曲线对应的数值，恢复段指的是变形曲线ai(t)数值减少时的pi(t)曲线对应的数值；拆分完成后，将加载段p-a数据赋入新建数组；

18、步骤b：然后按撞击次序继续拆分下一个p-a曲线，依旧只保留加载段数据，其中变形数据ai(t)中所有数据+上一段ai-1(t)数组中的最大值，将ai(t)，pi(t)数据赋入新建数组；依次完成所有p-a曲线数据的“拼合”，最后可以得到防撞试样完整的p-a曲线。

19、本发明的有益效果：

20、1、确保撞击前冲击车为等效的匀速运动，确保测量精度，保证测试结果不收钢绳牵引力的影响；

21、2、本发明方案提出的撞击力测量手段，实现了大量程撞击的直接采集；通过数据采集系统，同步采集各力传感器的数据信号，进行时域叠加后得到完整的撞击力时域信号。

22、3、采用动力学冲击试验手段得到撞击力-变形曲线的测定，通过将小质量的多次撞击等到的撞击力——变形曲线进行拼合，最后得到防撞装置整体的撞击力—变形曲线，提供了防撞装置消能效果的评估提供依据，

技术特征：

1.基于累计冲击的钢质防撞设施p-a曲线测定的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，其特征在于：所述步骤1中，被撞试样压缩变形后向反力墙传递撞击力，撞击力作用在集力板上，集力板与反力墙中间均分布多个压电式力传感器；通过数据采集系统，同步采集各力传感器的数据信号，进行时域叠加后得到完整的撞击力时域信号；

3.根据权利要求1所述的基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，其特征在于：所述步骤2具体为：保持撞击速度不变的情况下，将整个撞击过程分为多次撞击完成，将需要的撞击质量切分成多份，m＝n*m1，n即为撞击次数；通过n次m1质量的撞击，来代替一次m质量的撞击；通过对防撞试验的多次加载-卸载，可以得到完整的撞击力-撞深曲线；将大质量物体的一次撞击等效果小质量的多次撞击，通过将小质量的多次撞击等到的撞击力——变形曲线进行“拼合”，最后得到防撞装置整体的撞击力—变形曲线。

4.根据权利要求1所述的基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，其特征在于：其中n取值的范围，当工程误差允许在10％的范围内，n取值为10，工程误差允许在15％范围内，n取12；当工程误差允许在10％的范围内，撞击的速度应大于3.8m/s。

5.根据权利要求1或2所述的基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，其特征在于：撞击力——变形曲线进行“拼合”的具体步骤为：

6.根据权利要求1所述的基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，其特征在于：所述刚性车与牵引及自动脱钩系统；其中落锤通过刚性车在被牵引时，前端必须设有牵引钩，在牵引钩上挂牵引钢绳，当刚性车撞击试样前，必须将钢绳与冲击车断开，设计脱钩系统，确保撞击前冲击车为等效的匀速运动。

7.根据权利要求6所述的基于累计冲击的钢质防撞设施p-a性能测定的试验方法，其特征在于：确保冲击车水平移动距离永远大于落锤的下落距离；冲击车前端设置倒置式挂钩，当重锤先落地时，牵引钢绳失去水平运动的牵引力，而冲击车由于惯性继续移动，钢绳可以从倒置式挂钩中自动脱落，实现脱钩；脱钩位置，轨道下方设置沙坑，牵引钢绳落入沙坑后避免影响冲击车在轨道上的运行。

技术总结
本发明提供基于累计冲击试验法，提供基于累计冲击的钢质防撞设施P‑a曲线测定的试验方法，将防撞试样固定在刚性墙上，采用刚性车以一定的速度和质量撞击防撞试样，通过检测防撞试样与刚性车车之间的碰撞力并根据碰撞力时程曲线反推防撞试验的变形时程曲线，采用累计撞击法直至试样彻底压溃；最后将多次撞击得到的P‑a（撞击力‑撞深）曲线进行“拼合”，可以得到该速度下防撞试样的撞击力‑撞深曲线，为防撞装置消能效果的评估提供依据，提高数据采集的精确性。

技术研发人员：归翀,陶亮,罗婷倚,葛晶,许崇法,刘文成,邓宗萍,胥旭波,唐亚森
受保护的技术使用者：广西北投公路建设投资集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15