本發(fā)明涉及沖擊測試技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種海洋漂浮物撞擊模擬試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

海洋環(huán)境極其復(fù)雜，海洋構(gòu)筑物受到海水腐蝕、海水沖蝕等多種條件的威脅，沿海構(gòu)筑物受到海嘯等海洋災(zāi)害的威脅。海洋構(gòu)筑物及沿海構(gòu)筑物在海水的沖擊作用下產(chǎn)生破壞，海水中的漂浮物對其破壞產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。漂浮物在海水快速沖擊下與構(gòu)筑物相撞，會對構(gòu)筑物造成不可修復(fù)的損害。例如，船體對橋墩的撞擊導(dǎo)致大橋的垮塌。海洋漂浮物多種多樣，形狀體積不一，包括船只、巨石等，一旦與構(gòu)筑物發(fā)生撞擊，會對構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極其嚴(yán)重的影響。因此，研究海洋漂浮物對構(gòu)筑物的撞擊是十分有必要的。

一般的結(jié)構(gòu)模擬試驗，試驗構(gòu)件會按一定比例縮放，后將構(gòu)件直接放置在模擬系統(tǒng)中進行接近真實情況的試驗?zāi)M，比如風(fēng)洞試驗、振動臺試驗等。但是，海洋撞擊試驗將試件放置在海洋環(huán)境中進行試驗難以實現(xiàn)，不僅存在數(shù)據(jù)采集的困難，而且撞擊試驗會受到多種因素的干擾，試驗的難度和成本大，試驗的準(zhǔn)確性差。由于能對海洋工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生撞擊威脅的漂浮物體積不一，形狀各異，質(zhì)量差別巨大，這就給設(shè)計制造模擬試驗系統(tǒng)帶來了許多問題。首先，試驗系統(tǒng)模擬漂浮物的質(zhì)量變化范圍盡可能大，以更準(zhǔn)確模擬漂浮物的質(zhì)量。第二，模擬漂浮物對海洋工程結(jié)構(gòu)的撞擊，需要模擬漂浮物具有一定的運動速度，具有一定的撞擊能，從而更精確模擬漂浮物與海洋工程結(jié)構(gòu)的撞擊過程。第三，模擬漂浮物的撞擊面形狀多樣，以更準(zhǔn)確模擬漂浮物與海洋工程結(jié)構(gòu)撞擊接觸面的實際情況。

目前，存在各種類型的有關(guān)海洋氣候環(huán)境模擬的試驗系統(tǒng)，現(xiàn)有的試驗系統(tǒng)難以解決以上的三個問題，適用于研究海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的試驗系統(tǒng)尚屬空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于針對上述問題，提供一種海洋漂浮物撞擊模擬試驗系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有試驗系統(tǒng)無法精確模擬海洋漂浮物撞擊的問題，能在保證試驗準(zhǔn)確性的前提下，對海洋工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進行漂浮物模擬撞擊試驗，對試驗數(shù)據(jù)進行比較全面的采集，且該試驗系統(tǒng)制造成本低，試驗難度低，為進行海洋漂浮物撞擊模擬試驗提供了一套良好的解決方案。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

一種海洋漂浮物撞擊模擬試驗系統(tǒng)，包括支撐框架子系統(tǒng)、電磁漂浮物模擬撞擊器子系統(tǒng)、試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；

支撐框架子系統(tǒng)包括t型底座，t型底座包括主底座和與主底座垂直的側(cè)向底座，主底座中心位置設(shè)置有撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱，兩端分別設(shè)置有主支撐，主支撐一端與主底座連接，另一端與撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱連接，側(cè)向底座上設(shè)置有側(cè)向支撐，側(cè)向支撐一端與側(cè)向底座連接，另一端與撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱連接；

電磁漂浮物模擬撞擊器子系統(tǒng)包括試件支撐裝置、電磁撞擊錘加速管道、電動提升機、電磁吊鉤，試件支撐裝置與主底座平行，電磁撞擊錘加速管道與撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱平行，二者固定連接，電動提升機設(shè)置于撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱頂部，撞擊錘通過電磁吊鉤懸掛于電動提升機下方；

試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括無線壓電陶瓷傳感器和激光位移計，無線壓電陶瓷傳感器設(shè)置于撞擊錘端部與試件接觸的位置，激光位移計設(shè)置于試件正下方。

進一步的，試件支撐裝置包括基礎(chǔ)底鋼板和試件支座，試件支座在電磁撞擊錘加速管道兩側(cè)各設(shè)置一組，基礎(chǔ)底鋼板上預(yù)留螺栓孔，和試件支座通過螺栓連接，試件支座上設(shè)置有門型架，試件放置于門型架下方，對準(zhǔn)電磁撞擊錘加速管道出口。

進一步的，試件支座包括上支座和下支座，上支座和下支座通過螺栓連接，下支座與基礎(chǔ)底鋼板連接，上支座上設(shè)置有門型架。

進一步的，撞擊錘包括撞擊錘主體，撞擊錘主體上部設(shè)置有撞擊錘附加質(zhì)量塊，下部設(shè)置有撞擊錘頭，三者之間通過螺紋連接。

進一步的，撞擊錘主體對角設(shè)置有四個磁力導(dǎo)向腳，通過剛性短柱與撞擊錘主體相連，中部設(shè)置有兩個導(dǎo)電滑輪，通過彈性短柱與撞擊錘主體相連。

進一步的，撞擊錘主體內(nèi)部設(shè)置有撞擊錘電磁線艙，撞擊錘電磁線艙內(nèi)布置有電磁線網(wǎng)。

進一步的，電磁撞擊錘加速管道為方形結(jié)構(gòu)，四個角上設(shè)置有永磁導(dǎo)向軌道，中部設(shè)置有電磁輸電軌道，磁力導(dǎo)向腳位于永磁導(dǎo)向軌道內(nèi)，與永磁導(dǎo)向軌道通過排斥力相互脫離，防止撞擊錘與撞擊錘加速管道發(fā)生摩擦碰撞；電磁輸電軌道與導(dǎo)電滑輪在加速時保持接觸，為電磁線網(wǎng)輸電。

進一步的，電磁撞擊錘加速管道上每隔0.5m設(shè)置一個觀察洞口。

進一步的，電磁撞擊錘加速管道包括若干管道節(jié)，管道節(jié)之間通過螺栓連接，通過增加管道節(jié)可以增加電磁撞擊錘加速管道的高度來增大撞擊錘的最大撞擊能量，相應(yīng)的撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱的高度也要隨之增加，以便更好地為電磁撞擊錘加速管道提供支撐。

進一步的，試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)還包括位移計和壓力傳感器，位移計設(shè)置于試件兩側(cè)，壓力傳感器設(shè)置于試件支座上，用于檢測試件支座對試件的支持力。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)該系統(tǒng)支撐框架采用三角形框架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，主支撐、導(dǎo)向柱、側(cè)向支撐均可以與t型底座組成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)框架，能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定；

(2)電磁撞擊錘加速管道與其導(dǎo)向柱高度可以零活調(diào)節(jié)，能增大撞擊的最大撞擊能，提供更廣闊的試驗容許范圍；

(3)電磁撞擊錘加速管道每隔一定距離設(shè)置觀察洞口，既可以確定撞擊錘的下落高度，又可以觀察撞擊錘下落的運動狀態(tài)；

(4)通過基礎(chǔ)底鋼板上預(yù)留的螺栓孔，可以調(diào)節(jié)試件支座之間的距離，可以對更多寬度，更多種類的試件進行模擬撞擊試驗，增大試驗系統(tǒng)的兼容性；

(5)撞擊錘包括撞擊錘主體、撞擊錘頭、撞擊錘附加質(zhì)量塊三部分，可以改變錘體質(zhì)量和撞擊頭形態(tài)，可以模擬更多類型的海洋漂浮物；

(6)撞擊錘主體設(shè)置四個磁力導(dǎo)向腳，與永磁導(dǎo)向軌道通過排斥力保持一定距離，可以保證撞擊錘處于加速管道中間位置，使試驗撞擊位置更加精確，且可以防止錘體與加速管道發(fā)生摩擦，保證錘體撞擊時的撞擊能量，提高試驗準(zhǔn)確性；

(7)本發(fā)明利用先進的電磁技術(shù)，在加速管道內(nèi)對錘體進行加速，可以通過控制電流的大小，對加速進行有效的控制，從而可以在節(jié)省空間的同時，保證錘體運動的速度；錘體在加速管道內(nèi)與管道通過兩個導(dǎo)電滑輪接觸，最大限度的減小錘體在加速過程中的能量損失。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的正立面圖；

圖2是本發(fā)明的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的側(cè)立面圖；

圖4是本發(fā)明試件支撐裝置正向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明試件支撐裝置側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明撞擊錘結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖7是本發(fā)明撞擊錘橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明電磁撞擊錘加速管道的橫向剖面圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：1、主底座；2、側(cè)向底座；3、撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱；4、試件支撐裝置；5、電磁撞擊錘加速管道；6、電動提升機；7、電磁吊鉤；8、基礎(chǔ)底鋼板；9、試件支座；10、門型架；11、上支座；12、下支座；13、觀察洞口；14、撞擊錘主體；15、撞擊錘附加質(zhì)量塊；16、撞擊錘頭；17、磁力導(dǎo)向腳；18、剛性短柱；19、導(dǎo)電滑輪；20、彈性短柱；21、撞擊錘電磁線艙；22、電磁線網(wǎng)；23、永磁導(dǎo)向軌道；24、電磁輸電軌道；25、主支撐；26、側(cè)向支撐。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種海洋漂浮物撞擊模擬試驗系統(tǒng)，包括支撐框架子系統(tǒng)、電磁漂浮物模擬撞擊器子系統(tǒng)、試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；

支撐框架子系統(tǒng)包括t型底座，t型底座包括主底座1和與主底座垂直的側(cè)向底座2，主底座中心位置設(shè)置有撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱3，兩端分別設(shè)置有主支撐25，主支撐一端與主底座連接，另一端與撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱連接，側(cè)向底座上設(shè)置有側(cè)向支撐26，側(cè)向支撐一端與側(cè)向底座連接，另一端與撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱連接；

電磁漂浮物模擬撞擊器子系統(tǒng)包括試件支撐裝置4、電磁撞擊錘加速管道5、電動提升機6、電磁吊鉤7，試件支撐裝置與主底座平行，電磁撞擊錘加速管道與撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱平行，電磁撞擊錘加速管道采用方形鋼管，電磁撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱采用工字形鋼，二者之間設(shè)置多個鋼板焊接固定，電動提升機設(shè)置于撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱頂部，撞擊錘通過電磁吊鉤懸掛于電動提升機下方；

如圖4和圖5所示，試件支撐裝置包括基礎(chǔ)底鋼板8和試件支座9，試件支座在電磁撞擊錘加速管道兩側(cè)各設(shè)置一組，基礎(chǔ)底鋼板上預(yù)留螺栓孔，和試件支座通過螺栓連接，通過調(diào)節(jié)兩個試件支座之間的距離，可以適應(yīng)不同寬度的試件，可以對更多寬度、更多種類的試件進行模擬撞擊試驗，增大試驗系統(tǒng)的兼容性；試件支座上設(shè)置有門型架10，試件放置于門型架下方，對準(zhǔn)電磁撞擊錘加速管道出口，門型架可以防止試件在撞擊之后發(fā)生彈跳及移動，從而影響試驗結(jié)果。

試件支座如果高度過高，支撐強度就會變小，為了可以靈活調(diào)整試件支座的高度，將試件支座分為上支座11和下支座12兩部分，上支座和下支座通過螺栓連接，下支座與基礎(chǔ)底鋼板連接，門型架設(shè)置于上支座上，根據(jù)需要可以更換不同高度的上支座和下支座。

電磁撞擊錘加速管道包括若干管道節(jié)，管道節(jié)之間通過螺栓連接，通過增加管道節(jié)可以增加電磁撞擊錘加速管道的高度，以便增大撞擊錘的最大撞擊能量。相應(yīng)地，撞擊錘加速管道導(dǎo)向柱的高度也要隨之增加，以便更好地為電磁撞擊錘加速管道提供支撐。同時兩個主支撐和一個側(cè)向支撐與t型底座的連接位置也應(yīng)發(fā)生相應(yīng)改變。電磁撞擊錘加速管道與其導(dǎo)向柱高度可以零活調(diào)節(jié)，能增大撞擊的最大撞擊能，提供更廣闊的試驗容許范圍。

電磁撞擊錘加速管道上每隔0.5m設(shè)置一個觀察洞口13，通過觀察洞口既可以確定撞擊錘的下落高度，又可以觀察撞擊錘下落的運動狀態(tài)。

如圖6所示，撞擊錘包括撞擊錘主體14，撞擊錘主體上部設(shè)置有撞擊錘附加質(zhì)量塊15，下部設(shè)置有撞擊錘頭16，三者之間通過螺紋連接。撞擊錘附加質(zhì)量塊分為不同的質(zhì)量等級，可以根據(jù)試驗需求選擇；撞擊錘錘頭也可以具有不同的錘頭形狀，以模擬不同的漂浮物。

如圖7所示，撞擊錘主體對角設(shè)置有四個磁力導(dǎo)向腳17，通過剛性短柱18與撞擊錘主體相連，磁力導(dǎo)向腳可以保證撞擊錘在電磁撞擊錘加速管道中居中，可以保證撞擊位置的精確；撞擊錘主體中部設(shè)置有兩個導(dǎo)電滑輪19，通過彈性短柱20與撞擊錘主體相連。撞擊錘主體內(nèi)部設(shè)置有撞擊錘電磁線艙21，撞擊錘電磁線艙內(nèi)布置有電磁線網(wǎng)22。

如圖8所示，電磁撞擊錘加速管道為方形結(jié)構(gòu)，四個角上設(shè)置有永磁導(dǎo)向軌道23，中部設(shè)置有電磁輸電軌道24。磁力導(dǎo)向腳位于永磁導(dǎo)向軌道內(nèi)，與永磁導(dǎo)向軌道通過排斥力相互脫離，防止撞擊錘與撞擊錘加速管道發(fā)生摩擦碰撞，消耗撞擊能量，導(dǎo)致試驗誤差；電磁輸電軌道與導(dǎo)電滑輪在加速時保持接觸，為電磁線網(wǎng)輸電。電磁線網(wǎng)內(nèi)的電流方向一致，在電磁輸電軌道所形成的磁場內(nèi)產(chǎn)生向下的力，從而達到為撞擊錘加速的目的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)電流大小，來調(diào)整加速度的大小。

試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括無線壓電陶瓷傳感器和激光位移計，無線壓電陶瓷傳感器設(shè)置于撞擊頭端部與試件接觸的位置，激光位移計設(shè)置于試件正下方，用于檢測試件下側(cè)的位移。試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)還包括位移計和壓力傳感器，位移計設(shè)置于試件兩側(cè)，壓力傳感器設(shè)置于試件支座上，用于檢測試件支座對試件的支持力。

試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括但不限于上述儀器，各實驗數(shù)據(jù)采集儀器的安裝位置也可以根據(jù)試驗所需調(diào)整。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。