一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法与流程

本发明涉及砰击压力试验与测试，尤其是一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法。

背景技术：

1、船舶在恶劣的海浪中航行时，由于船体与波浪之间的大幅相对运动，原本在波面以下的船体会露出水面，在随后的入水过程中，船体与波浪会发生猛烈的相互冲击，同时波浪还会猛烈地冲击船艏外飘区域，这种船体与波浪之间的相互冲击现象就称为砰击。剧烈的砰击会对船体整体与局部结构强度构成严重的威胁。砰击是一种局部的瞬时冲击问题，往往伴随着船体湿表面快速变化、液体飞溅等强非线性现象，砰击问题一直是船舶与海洋工程领域研究的热点与难点。目前，世界范围内对于该问题的研究主要包括数值计算与模型试验两种方法。

2、数值计算方法主要包括解析法、边界元法、有限元法、cfd法及sph法等，但各方法均有一定的局限性，无法满足合理地确定船体砰击压力设计值的工程需要。

3、模型试验包括落体试验与耐波性水池试验，落体试验大部分为静水中的试验，静水面与实际的海浪波面有本质上的区别；耐波性水池试验虽然可开展波浪中船舶砰击压力的测量，但该类试验的波浪类型大部分为二维长峰波，而实际的海浪为三维短峰波，船舶在长峰波中与短峰波中的砰击压力特性有非常明显的区别，这一点对于多体船尤其显著。且砰击压力具有一定程度的尺度效应，如何使砰击压力的测量更加适用于实船设计仍是一个值得深入研究的课题。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有试验技术中的缺点，提供一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，从而实现在实际的海浪中精确测量船舶所承受的砰击压力，使砰击压力的测量更加适用于实船设计。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，所述船舶为实船，还包括压力传感器、信号采集模块和信号处理模块；

4、测量砰击压力的方法包括以下步骤：

5、s1、对压力传感器进行标定；

6、s2、将压力传感器安装于船体外板的待测量砰击压力位置；

7、s3、将压力传感器与信号采集模块连接；

8、s4、所述船舶在海浪中航行过程中，海浪冲击压力传感器使之承受砰击压力，信号采集模块采集测量信号并传输给信号处理模块；

9、s5、信号处理模块将测量信号处理后得到砰击压力的时历数据。

10、其进一步技术方案在于：

11、压力传感器的数量为多个。

12、个压力传感器的结构包括环形结构的基座和薄片结构的受压板，

13、所述受压板可拆卸安装于所述基座的外端面，所述基座与所述船体外板密封连接；

14、所述受压板的一面承受海浪的冲击，所述受压板的另一面中心安装应变传感器，所述应变传感器用于测量所述受压板在海浪冲击作用下的应变，所述应变传感器输出的应变信号即为测量信号；

15、步骤五中，砰击压力的时历数据表达式为：

16、p(t)＝δ·ε(t)                      (a)

17、公式(a)中，p(t)为砰击压力时历，ε(t)为应变信号时历，δ为压力传感器系数。

18、所述受压板为钢板，所述受压板的周边通过第一螺栓与所述基座的外端面连接。

19、所述受压板的厚度为1mm～3mm。

20、对压力传感器进行标定时，步骤包括：

21、s11、将组装于一体的应变传感器、受压板和基座放置于工作台上，使应变传感器位于受压板的下表面，将应变传感器与信号采集模块连接；

22、s12、在受压板的上表面密封安装加载筒，所述加载筒的内壁轮廓尺寸大于所述基座的内环轮廓尺寸，使加载筒的内壁和受压板上表面形成储水腔；

23、s13、向储水腔内逐次加入相同量的水，每次水位升高δh，记录每次应变传感器信号变化量δε；

24、s14、向储水腔内逐次减少相同量的水，每次水位降低δh，记录每次应变传感器信号变化量δε；

25、s15、计算压力传感器系数δ；

26、

27、公式(b)中，δ为压力传感器系数，ρ为水密度，g为重力加速度，δh为标定过程中水位高度变化量，为标定过程中每次加水或抽水后应变信号变化量δε的均值。

28、所述应变传感器为应变片。

29、所述信号采集模块包括动态应变仪。

30、所述船体外板处开有通孔，所述基座与所述船体外板通过第二螺栓和垫片密封连接，所述通孔的直径与所述基座的外端面外径相等。

31、所述船体外板未开孔，所述基座粘贴于所述船体外板外表面。

32、本发明的有益效果如下：

33、本发明结构紧凑、合理，操作方便，完成压力传感器的标定后，将其安装在实船的待测量砰击压力位置，在船舶航行过程中进行砰击压力的实时测量，从而在实际的海浪中精确测量船舶所受到的砰击压力，使砰击压力的测量更加适用于实船设计。

34、同时，本发明还存在如下优势：

35、(1)通过采用环形基座作为压力传感器的安装结构，在环形基座的外端面安装承受海浪砰击的受压板，在受压板的内侧中心安装应变传感器，制作适用于实船的砰击压力传感器，将受压板的变形转换成压力，使测量的抨击压力更加宏观，反应实际的波浪载荷，同时结构简单，试验成本低。

36、(2)压力传感器的安装方式灵活，即可在船体外板上打孔安装，又可直接安装在船体外板，同时受压板可根据实际情况随时更换，安装简便，适用性强，应用范围广。

37、(3)压力传感器可长期安装于实船上，使用过程中如果压力传感器发生损坏，可实现方便快捷地拆卸和更换。

38、(4)以环状结构基座的外端面作为受压板的安装支撑面，同时在压力传感器标定时，该端面作为加载筒的支撑面，只需通过改变加载筒中水面的高度便可实现对受压板施加不同的载荷，对压力传感器进行标定，该标定装置结构形式简单，稳定性和可靠性优良，可操作性强。

技术特征：

1.一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述船舶为实船，还包括压力传感器、信号采集模块和信号处理模块；

2.如权利要求1所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：压力传感器的数量为多个。

3.如权利要求1所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：单个压力传感器的结构包括环形结构的基座(3)和薄片结构的受压板(2)，

4.如权利要求3述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述受压板(2)为钢板，所述受压板(2)的周边通过第一螺栓(21)与所述基座(3)的外端面连接。

5.如权利要求4所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述受压板(2)的厚度为1mm～3mm。

6.如权利要求3所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：对压力传感器进行标定时，步骤包括：

7.如权利要求3所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述应变传感器(1)为应变片。

8.如权利要求1所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述信号采集模块包括动态应变仪。

9.如权利要求3所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述船体外板(5)处开有通孔，所述基座(3)与所述船体外板(5)通过第二螺栓(31)和垫片(4)密封连接，所述通孔的直径与所述基座(3)的外端面外径相等。

10.如权利要求3所述的一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，其特征在于：所述船体外板(5)未开孔，所述基座(3)粘贴于所述船体外板(5)外表面。

技术总结本发明涉及一种测量船舶在海浪中航行时承受的砰击压力的方法，所述船舶为实船，还包括压力传感器、信号采集模块和信号处理模块；测量砰击压力的方法包括以下步骤：对压力传感器进行标定；将压力传感器安装于船体外板的待测量砰击压力位置；将压力传感器与信号采集模块连接；所述船舶在海浪中航行过程中，海浪冲击压力传感器使之承受砰击压力，信号采集模块采集测量信号并传输给信号处理模块；信号处理模块将测量信号处理后得到砰击压力的时历数据。从而实现在实际的海浪中精确测量船舶所承受的砰击压力，使砰击压力的测量更加适用于实船设计。技术研发人员：司海龙,蒋彩霞,赵南,汪雪良,王艺陶,杨骏,陈帅,卞鑫受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心技术研发日：技术公布日：2024/4/17