一種用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，涉及一種用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋結(jié)構(gòu)物所處環(huán)境較為復(fù)雜，受海冰、風(fēng)、海浪、海流、潮汐荷載和地震荷載等因素的影響，其中，海冰對(duì)海上結(jié)構(gòu)物的破壞最大，破壞方式包括擠壓破壞、海冰撞擊、凍結(jié)附著、摩擦及在有斜面結(jié)構(gòu)物上的爬坡等，目前海洋平臺(tái)在直立粧腿上加抗冰錐體，但這并不能顯著增加海上結(jié)構(gòu)物的抗冰能力。在極值冰力作用下，海洋結(jié)構(gòu)物易被推倒；在交變冰力作用下會(huì)產(chǎn)生冰激結(jié)構(gòu)振動(dòng)，冰激結(jié)構(gòu)振動(dòng)能夠?qū)е潞Ｉ辖Y(jié)構(gòu)物疲勞破壞，例如管節(jié)點(diǎn)的疲勞破壞、平臺(tái)管線斷裂、法蘭松動(dòng)等，同時(shí)冰激結(jié)構(gòu)振動(dòng)還會(huì)影響甲板上人員的舒適度、機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定等。歷史上發(fā)生過(guò)多起海冰推倒海上結(jié)構(gòu)物，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)疲勞失效的工程事故，海冰對(duì)船體、平臺(tái)和生產(chǎn)設(shè)備等造成重大威脅，嚴(yán)重阻礙供給船和運(yùn)輸油船的通行，給能源生產(chǎn)、安全管理和人員撤離等造成很大困難。因此，有必要研究海冰對(duì)海上結(jié)構(gòu)物的作用力。
[0003]海冰對(duì)海上結(jié)構(gòu)物的作用力大小取決于海冰的物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)物形狀。海冰的物理力學(xué)性質(zhì)包括海冰的鹽度、密度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等，針對(duì)不同海域海冰的物理力學(xué)性質(zhì)設(shè)計(jì)海上結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)形式，能夠較好的減輕海冰對(duì)海上結(jié)構(gòu)物的破壞，避免工程事故的發(fā)生。由于海冰垂直作用在結(jié)構(gòu)物上的擠壓強(qiáng)度最大，所以重點(diǎn)研究海冰的壓縮強(qiáng)度，由此設(shè)計(jì)增強(qiáng)抗冰能力的結(jié)構(gòu)物形狀。
[0004]目前，海冰壓縮裝置大多采用分散設(shè)備組合而成，各設(shè)備在使用時(shí)需要相互連接調(diào)試，試驗(yàn)完畢后需要拆卸，試驗(yàn)準(zhǔn)備工作繁雜，而且各設(shè)備之間的匹配性較差，試驗(yàn)過(guò)程中易出現(xiàn)故障。針對(duì)以上實(shí)際問(wèn)題，本發(fā)明提出一套性能更加良好的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，克服測(cè)試系統(tǒng)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性較好的測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置，能夠得到海冰試樣壓縮強(qiáng)度的精確數(shù)值及海冰試樣的溫度。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置，包括海冰壓力試驗(yàn)機(jī)、加載系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0008]所述的海冰壓力試驗(yàn)機(jī)包括:位于海冰壓力試驗(yàn)機(jī)底部的機(jī)箱、位于機(jī)箱上表面的工作臺(tái)、位于工作臺(tái)兩側(cè)的豎直導(dǎo)軌和位于導(dǎo)軌之間的可移動(dòng)橫梁。導(dǎo)軌表面有螺紋，可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。可移動(dòng)橫梁兩端置于導(dǎo)軌上，可移動(dòng)橫梁借助導(dǎo)軌的螺旋運(yùn)動(dòng)沿導(dǎo)軌豎直運(yùn)動(dòng)；上壓頭垂直貫穿于可移動(dòng)橫梁中部，一端可與海冰試樣接觸，另一端連接壓力傳感器；海冰試樣下端置于工作臺(tái)的墊塊上，壓力傳感器通過(guò)上壓頭獲取測(cè)試結(jié)果；海冰試樣通過(guò)限位板固定在工作臺(tái)上，限位板用于限制海冰試樣在試驗(yàn)過(guò)程中的橫向變形。
[0009]所述的加載系統(tǒng)包括:位于機(jī)箱內(nèi)的伺服電機(jī)、伺服控制器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和遙控盒。伺服控制器、伺服電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)箱內(nèi)依次順序連接，伺服控制器控制伺服電機(jī)的運(yùn)行，伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)箱上方兩側(cè)導(dǎo)軌做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。遙控盒通過(guò)無(wú)線方式與伺服控制器連接，用于調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0010]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:位于上壓頭上部的壓力傳感器、位于機(jī)箱內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、位于工作臺(tái)一端的紅外溫度測(cè)試儀、位于整套裝置外的動(dòng)態(tài)采集儀和顯示系統(tǒng)。壓力傳感器、紅外溫度測(cè)試儀通過(guò)線路與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)線路與外部的動(dòng)態(tài)采集儀相連，顯示系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)采集儀相連，用于顯示測(cè)試過(guò)程中的壓力及海冰試樣的溫度。
[0011]上述的裝置測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的方法，包括以下步驟:
[0012]第一步:將海冰試樣裝夾于海冰壓力試驗(yàn)機(jī)的固定位置，可根據(jù)不同的海冰試樣類型選取對(duì)應(yīng)的附屬設(shè)備；所述海冰試樣裝夾方法有海冰試樣單軸壓縮裝夾法和海冰試樣側(cè)限壓縮裝夾法。海冰試樣單軸壓縮裝夾法用于測(cè)試海冰試樣在自由狀態(tài)下的壓縮強(qiáng)度，海冰試樣側(cè)限壓縮裝夾法用于模擬海冰試樣在受周圍海冰相互擠壓時(shí)的壓縮強(qiáng)度，測(cè)得結(jié)果與單軸壓縮裝夾法所測(cè)壓縮強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。
[0013]第二步:壓力傳感器數(shù)據(jù)清零，調(diào)整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)遙控盒設(shè)定試驗(yàn)記載方式及參數(shù)，開(kāi)始試驗(yàn)；
[0014]第三步:試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)海冰試樣破壞過(guò)程中的壓力及溫度進(jìn)行全程記錄；
[0015]第四步:海冰試樣破壞后停止試驗(yàn)，保存當(dāng)次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一海冰試樣的測(cè)試。
[0016]本發(fā)明用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置為小型可移動(dòng)式設(shè)備，設(shè)備高度不超過(guò)1.2m，設(shè)備重量不超過(guò)100kg，在室內(nèi)、室外都可以進(jìn)行海冰試樣便攜式測(cè)試。
[0017]本發(fā)明在測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的同時(shí)，可以得到海冰溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析溫度對(duì)海冰壓縮強(qiáng)度的影響，為冰區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)參考；與現(xiàn)有設(shè)備相比，該發(fā)明創(chuàng)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加載采用無(wú)線遙控方式、各系統(tǒng)機(jī)構(gòu)連接緊湊，能夠克服由于試驗(yàn)機(jī)器及測(cè)試系統(tǒng)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是海冰壓力試驗(yàn)機(jī)裝置示意圖。
[0019]圖2是海冰試樣單軸壓縮裝夾示意圖。
[0020]圖3是海冰試樣側(cè)限壓縮裝夾示意圖。
[0021]圖中:1壓力傳感器；2可移動(dòng)橫梁；3上壓頭；4導(dǎo)軌；5墊塊；6紅外溫度測(cè)試儀；7工作臺(tái)；8機(jī)箱；9橡膠墊片；10海冰試樣；11限位板。
【具體實(shí)施方式】
[0022]—種用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置，壓力試驗(yàn)有單軸壓縮試驗(yàn)法與側(cè)限壓縮試驗(yàn)法，海冰試樣10的裝夾方法有海冰試樣單軸壓縮裝夾法和海冰試樣側(cè)限壓縮裝夾法，海冰試樣10采用六面體，截面為正方形，高度尺寸方向保證為寬度的2.5倍。海冰壓力試驗(yàn)機(jī)12在試驗(yàn)時(shí)保證放置于水平地面上，海冰壓力試驗(yàn)機(jī)通過(guò)加載系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)橫梁2上下垂直移動(dòng)，海冰壓力試驗(yàn)機(jī)最大壓縮力為50KN。將現(xiàn)場(chǎng)采取的海冰切割為試驗(yàn)所需的海冰試樣10。
[0023]海冰試樣10裝夾過(guò)程為:將海冰試樣10的上端及下端放置橡膠墊片9，海冰試樣10豎直放置于海冰壓力試驗(yàn)機(jī)下部的墊塊5上，通過(guò)加載系統(tǒng)啟動(dòng)海冰壓力試驗(yàn)機(jī)，將可移動(dòng)橫梁2垂直移動(dòng)至海冰試樣10上表面，將移動(dòng)速率調(diào)慢，使上壓頭3壓緊橡膠墊片9。對(duì)于側(cè)限壓縮試驗(yàn)，除上述步驟之外，需將海冰試樣10兩側(cè)用限位板11固定，對(duì)海冰試樣10進(jìn)行水平方向限位。
[0024]完成海冰試樣10裝夾后將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集數(shù)據(jù)項(xiàng)全部清零。打開(kāi)加載系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，可移動(dòng)橫梁2開(kāi)始向下移動(dòng)，開(kāi)始對(duì)海冰試樣10進(jìn)行加載，同時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開(kāi)始采集壓力傳感器I以及紅外溫度測(cè)試儀6的數(shù)據(jù)；海冰試樣10破壞后可移動(dòng)橫梁2自動(dòng)停止，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)停止采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置，其特征在于:包括海冰壓力試驗(yàn)機(jī)、加載系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 所述的海冰壓力試驗(yàn)機(jī)包括:位于海冰壓力試驗(yàn)機(jī)底部的機(jī)箱(8)、位于機(jī)箱上表面的工作臺(tái)(7)、位于工作臺(tái)(7)兩側(cè)的豎直導(dǎo)軌(4)和位于導(dǎo)軌(4)之間的可移動(dòng)橫梁(2);導(dǎo)軌(4)表面有螺紋，可移動(dòng)橫梁(2)兩端與導(dǎo)軌(4)活動(dòng)連接，可移動(dòng)橫梁(2)可沿導(dǎo)軌(4)豎直運(yùn)動(dòng)；上壓頭(3)垂直貫穿于可移動(dòng)橫梁(2)中部，一端可與海冰試樣(10)接觸，另一端連接壓力傳感器⑴；海冰試樣(10)下端置于工作臺(tái)(7)的墊塊(5)上，壓力傳感器(I)通過(guò)上壓頭(3)獲取測(cè)試結(jié)果；海冰試樣(10)通過(guò)限位板(11)固定在工作臺(tái)(7)上，限位板(11)用于限制海冰試樣(10)在試驗(yàn)過(guò)程中的橫向變形； 所述的加載系統(tǒng)包括:位于機(jī)箱(8)內(nèi)部的伺服電機(jī)、伺服控制器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和遙控盒；伺服控制器、伺服電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)箱⑶內(nèi)依次順序連接，伺服控制器控制伺服電機(jī)的運(yùn)行，伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)箱(8)上方兩側(cè)導(dǎo)軌(4)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，遙控盒通過(guò)無(wú)線方式與伺服控制器連接，用于調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)； 所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:位于上壓頭(3)上部的壓力傳感器(I)、位于機(jī)箱(8)內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、位于工作臺(tái)(7) —端的紅外溫度測(cè)試儀￠)、位于整套裝置外的動(dòng)態(tài)采集儀和顯示系統(tǒng)；壓力傳感器(I)、紅外溫度測(cè)試儀(6)通過(guò)線路與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過(guò)線路與外部的動(dòng)態(tài)采集儀相連，顯示系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)采集儀相連，用于顯示測(cè)試過(guò)程中的壓力及海冰試樣(10)溫度。2.使用權(quán)利要求1所述的裝置測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的方法，其特征在于以下步驟: 第一步:將海冰試樣(10)裝夾于海冰壓力試驗(yàn)機(jī)的固定位置； 第二步:壓力傳感器(I)數(shù)據(jù)清零，調(diào)整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)遙控盒設(shè)定試驗(yàn)記載方式及參數(shù)，開(kāi)始試驗(yàn)； 第三步:試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)海冰試樣(10)破壞過(guò)程中的壓力及溫度進(jìn)行全程記錄； 第四步:海冰試樣(10)破壞后停止試驗(yàn)，保存當(dāng)次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一海冰試樣的測(cè)試。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將海冰試樣(10)的上端及下端放置橡膠墊片(9) ο4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述海冰試樣(10)裝夾方法有海冰試樣單軸壓縮裝夾法和海冰試樣側(cè)限壓縮裝夾法。
【專利摘要】一種用于測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的裝置，包括海冰壓力試驗(yàn)機(jī)、加載系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。壓力試驗(yàn)包括海冰試樣單軸壓縮試驗(yàn)與海冰試樣側(cè)限壓縮試驗(yàn)兩項(xiàng)內(nèi)容。本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加載采用無(wú)線遙控方式、各系統(tǒng)機(jī)構(gòu)連接緊湊，能夠避免分體式設(shè)備在加載及采集過(guò)程中的不穩(wěn)定因素，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；本發(fā)明創(chuàng)造在測(cè)試海冰壓縮強(qiáng)度的同時(shí)，可以得到海冰試樣溫度，有助于進(jìn)一步了解海冰與海上結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理及影響因素，有利于建造抗冰性能較強(qiáng)的海上結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G01N3/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105115820
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510408778
【發(fā)明人】張大勇, 岳前進(jìn), 于哲敏, 羅成喜, 許寧, 鐘耀, 婁春娟, 伏亮明
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日