基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置及模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种缆绳模拟装置及模拟方法，具体涉及一种基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置及模拟方法。
【背景技术】
[0002]随着经济全球化的发展，海运以经济、高效、安全以及环保的独特优势占据了远程运输市场的支撑地位，航运事业蒸蒸日上的发展给船舶大型化和码头深水化也带来了前所未有的契机，同时也对港口建设的要求也提出了新的挑战。在大型泊位的迅猛发展的同时，也出现在风、波浪、潮流等作用下大型船舶发生系船缆绳断裂的现象，造成严重的事故。码头前系泊船舶缆绳的受力和船舶运动是一个非常复杂的问题，涉及护舷、系缆力等对船舶的非线性约束，同时还受到风、流以及波浪的作用，并且不同的码头泊位布置方案直接影响到船舶的系缆力等分布。其中缆绳的布置方式、使用数量、初张拉力以及材料种类都会对船舶和码头结构的安全与正常运行起到了重要的作用。由于船舶所受外荷载的多样性，缆绳受力十分复杂，同时还会受到码头长度、结构布置等影响，因此常需要通过船舶系泊物理模型试验的方法对码头泊位和系泊船舶缆力设计等进行验证和优化。系缆力大小合适是系缆布置合理的重要判定原则，因此确定合理的系缆布置方式要测定缆绳中的系缆力。物理模型实验中测定系缆力是根据缆绳的应力应变曲线，通过测定缆绳的应变来得出缆绳中的拉力，因此正确地模拟缆绳拉力与缆绳应变的关系曲线是准确测量的前提。由于缆绳应力应变关系是非线性的，因此要用一种非线性的变化关系来进行模拟。
[0003]在现有的船舶系泊物理模型试验中主要进行缆绳弹性模量的模拟，一般以缩小的钢丝绳、尼龙线等性能接近的材料来代替。在船舶系泊模型试验中缆绳的拉力大小能否满足缆绳强度值是试验的重点，而缆绳的变形量也直接影响了船体的运动量和可作业泊稳条件。但是现有的船舶系泊物理模型试验中无法同时模拟缆绳的拉力与变形的非线性关系，不仅影响了试验的效率，更影响了试验的效果。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置及模拟方法，解决了现有船舶系泊物理模型试验中无法同时模拟缆绳的拉力与变形的非线性关系的问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置，包括垫块、牵引绳、刻度板和若干滑轮组；所述垫块顶面和底面上均设置有调节钢板组，所述调节钢板组主要是由若干调节钢板堆叠构成，位于垫块顶面的调节钢板组的顶面上设置有测量钢板，所述垫块的前、后两侧面上均设置有限位块，所述限位块通过紧固件与垫块紧固，两限位块的相对侧面上设置有相对的凹槽，所述凹槽贯穿限位块，所述垫块、调节钢板组和测量钢板通过一钢板套套住，所述钢板套为一钢板首尾相接弯折而成的中空矩形体，所述钢板套的前、后两个侧面分别穿在两限位块的凹槽内，所述钢板套的上、下两个侧面上均开有螺孔，所述螺孔内拧有螺纹调节件，上侧面上的螺纹调节件的端部顶住测量钢板，将钢板套的上侧面与测量钢板紧固，下侧面上的螺纹调节件的端部顶住调节钢板，将钢板套的下侧面与调节钢板紧固；所述牵引绳的一端通过紧固件与测量钢板远离垫块的一端紧固，另一端挂有砝码；所述刻度板位于测量钢板的一侧，用以读取测量钢板远离垫块的一端的位移；每各滑轮组有两个滑轮，两滑轮的滚动面帖靠，并夹住牵引绳，所有滑轮组分成两部分，一部分限制牵引绳左右摆动，另一部分限制限制牵引绳前后摆动。
[0007]所述限位块的上侧伸出测量钢板的顶面，下侧伸出最下调节钢板的底面。
[0008]所述垫块为矩形体垫块，所述调节钢板的宽度和测量钢板的宽度均与垫块的宽度一致。
[0009]所述测量钢板的长度大于调节钢板的长度。
[0010]所述紧固件为螺丝。
[0011 ] 所述螺纹调节件为调节螺丝
[0012]所述滑轮组有两个，一个限制牵引绳左右摆动，另一个限制限制牵引绳前后摆动。
[0013]基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置的模拟方法，包括以下步骤，
[0014]步骤一，根据缆绳荷载变形特性和物理模型试验设计，确定物理模型试验中待模拟缆绳荷载变形特性曲线，并选取若干点作为模拟控制点(Pi, Si)^Pi为各模拟控制点对应的拉力，Si为各模拟控制点对应的伸长量，η为模拟控制点数目；
[0015]步骤二，定义牵引绳与测量钢板的连接点为砝码悬挂点，记牵引绳上没有挂砝码时，记砝码悬挂点在刻度板上的初始位置为Ltl;
[0016]步骤三，定义i = I ;
[0017]步骤四，根据SJ+算出第i个模拟控制点对应的砝码悬挂点在刻度板上最终位置Li,使 L1-L0= Si;
[0018]步骤五，判断i是否等于一，如果是，则转至步骤六，如果不是，则转至步骤七；
[0019]步骤六，在牵引绳上挂重量与P1相等的砝码，松动螺纹调节件，调节调节钢板组内调节钢板间的相对位置，或者向调节钢板组内加入新的调节钢板，每调节一次，拧紧螺纹调节件，观察砝码悬挂点的位置，当达到1^时，停止调节，完成对第一个模拟控制点的模拟，转至步骤八；
[0020]步骤七，在牵引绳上挂重量与Pi相等的砝码，松动螺纹调节件，调节调节钢板组内调节钢板间的相对位置，或者向调节钢板组内加入新的调节钢板，每调节一次，拧紧螺纹调节件，观察砝码悬挂点的位置，当达到1^时，停止调节，撤下砝码；在牵引绳上挂重量与Pa-D相等的砝码，若砝码悬挂点在L (i_D位置，则完成对第i个模拟控制点的模拟；若不在，则再次进行调节，直到悬挂P(1-D重量的砝码与悬挂重量P i的砝码对应的位置分别为L (i_D和Li，完成对第i个模拟控制点的模拟，转至步骤八；
[0021]步骤八，i= i+1 ；
[0022]步骤九，判断i是否大于n，如果是，则结束，如果不是，则转至步骤四。
[0023]本发明所达到的有益效果:1、本发明通过砝码拉动测量钢板，通过测量钢板的挠度变形来模拟缆绳的形变(即伸长量)，较好的实现了对缆绳的性拉力与形变的非线性模拟；2、本发明通过钢板套压紧垫块、调节钢板组和测量钢板，保证了测量结果的准确；3、本发明通过限位块限制调节钢板组和测量钢板移位，保证了测量结果的准确；4、本发明通过滑轮组限制了牵引绳的移动，使砝码的竖向位移量等于测量钢板的挠度大小，挠度大小通过测量竖向位移量得到，简便精确。
【附图说明】
[0024]图1为本发明装置的结构示意图。
[0025]图2为本发明装置的俯视图。
[0026]图3为本发明装置的工作图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0028]如图1、2和3所示，基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置，包括垫块3、该垫块3为矩形体垫块，垫块3顶面和底面上均设置有调节钢板组，调节钢板组主要是由若干调节钢板2堆叠构成，调节钢板2的宽度和测量钢板的宽度均与垫块3的宽度一致，位于垫块3顶面的调节钢板组的顶面上设置有测量钢板1，测量钢板I的长度大于调节钢板2的长度；为了限制调节钢板组和测量钢板I移位，保证了测量结果的准确，在垫块3的前、后两侧面上均设置了限位块4，限位块4通过紧固件10与垫块3紧固，这里的紧固件10为螺丝，限位块4的上侧伸出测量钢板I的顶面，下侧伸出最下调节钢板2的底面，两限位块4的相对侧面上设置有相对的凹槽，凹槽贯穿限位块4。
[0029]为了将垫块3、调节钢板组和测量钢板I压紧，保证了测量结果的准确，上述垫块3、调节钢板组和测量钢板I通过一钢板套5套住，钢板套5为一钢板首尾相接弯折而成的中空矩形体，钢板套5的前、后两个侧面分别穿在两限位块4的凹槽内，钢板套5的上、下两个侧面上均开有螺孔，螺孔内拧有螺纹调节件11，这里的螺纹调节件11为调节螺丝，上侧面上的螺纹调节件11的端部顶住测量钢板1，将钢板套5的上侧面与测量钢板I紧固，下侧面上的螺纹调节件11的端部顶住调节钢板2，将钢板套5的下侧面与调节钢板2紧固。
[0030]上述的基于悬臂组合钢条的缆绳模拟装置还包括牵引绳8、刻度板7和若干滑轮组6 ;牵引绳8的一端通过