一种可调节的模块化落水试验平台

技术领域

本发明属于工程试验测试技术领域，尤其涉及一种可调节的模块化落水试验平台。

背景技术

在船舶与海工结构物的日常运维中，流体对结构物的冲击作用是不可避免的。其常见于波浪砰击、甲板上浪以及液货晃荡等现象。流体对结构的冲击作用一方面会减少结构物的寿命，另一方面也容易造成结构物的失效或局部损伤。特别对于LNG船以及FPSO等液货船，舱内结构局部损伤造成的液货泄露将引起严重的工程事故。

结构物落水试验是评估流体冲击载荷以及结构响应最常见的手段之一。试验主要通过调整结构物的质量以及结构物的入水速度模拟真实情况下流体对结构物的作用。在结构物落水试验中，落水试验平台的设计至关重要。其不仅决定了试验的工况范围，同时也会影响试验的安全性与效率。由于结构在不同的流体冲击角度下产生的响应不同，故在落水试验中结构物的入水角度也是重要的控制因素。对于表面不平整的结构，流体冲击瞬间总会伴随着气泡或是气腔的产生。这些气泡与气腔内往往充斥着压缩空气，其对结构的响应有着不可忽略的影响，但目前鲜有落水试验平台能够实现对气泡、气腔的以及自由液面变化的观测。

因此，需要设计一种可调节的模块化落水试验平台以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调节的模块化落水试验平台，该试验平台安装维护方便，对试验环境要求低，工况适应能力强，在便于试验操作的同时也具备较综合的功能与较好的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种可调节的模块化落水试验平台，包括地面模块、池内模块和落水模块，所述池内模块与所述地面模块可拆卸连接，所述落水模块与所述地面模块内侧可拆卸连接，所述落水模块位于所述池内模块顶端上方；

所述落水模块包括安装架，所述安装架底端可拆卸连接有承台和角度夹具，所述承台与所述地面模块内侧可拆卸连接，所述角度夹具位于所述承台内部，所述安装架、所述承台、所述角度夹具均位于所述池内模块顶端上方；

所述池内模块底端一侧设置有摄像装置。

优选的，所述承台两相对外侧壁分别固定连接有若干定位块，每个所述定位块上均转动连接有定向滑轮，所述承台顶端四角分别固定连接有承台吊耳和加速度传感器。

优选的，所述安装架顶端四角分别固定连接有配重，每个所述配重顶端分别固定连接有安装架吊耳。

优选的，所述角度夹具底端可拆卸连接有落水试件。

优选的，所述池内模块包括池底框架，所述池底框架固定连接有若干型材接头，每个所述型材接头顶端分别固定连接有竖直设置的导向滑轨和缓冲装置，所述缓冲装置位于所述导向滑轨侧壁底部，所述导向滑轨顶端固定连接有导轨连接架。

优选的，所述摄像装置包括三通接头，所述三通接头与所述池底框架一侧边固定连接，所述三通接头固定连接有竖直设置的槽钢架底端，所述槽钢架上滑动连接有相机保护盒，所述相机保护盒内部固定连接有高速摄像机。

优选的，所述槽钢架侧壁固定连接有直线导轨，所述直线导轨上滑动连接有滑块，所述相机保护盒与所述滑块固定连接，所述相机保护盒两相对外侧壁固定连接有定位板。

优选的，所述地面模块包括地面框架，所述地面框架套设在若干所述导向滑轨外侧，所述承台与所述地面框架内侧可拆卸连接，所述地面框架底端固定连接有若干脚板，所述地面框架顶部底端中心固定连接有吊梁。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1、本发明中的落水试验平台包含三个模块：地面模块，池内模块与落水模块。每个模块相互独立，且其间没有使用焊接。除了地面模块以外其余模块都采用简单的机械连接。该设计可实现落水试验平台的快速安装且便于试验平台中部件的更换，这大幅减轻了试验前期的准备工作以及场地的限制并便于后期维护。

2、落水试验平台的池内模块可根据实际需求和限制进行尺寸调节，试验平台可适应不同的试验水池与不同的试验模型。这减轻了水池对试验平台的限制并提升了试验平台的工况适应能力，同时也便于试验平台的安装过程。

3、落水试验平台的落水模块为嵌套式，承台与安装架作为主要部件通过简单螺栓连接，需要时可实现快速安装或分离。承台始终保持在水池上方。安装架与试验模型的连接与调整在地面完成，然后起吊安装架并连接承台。落水模块的主要连接工作与调整工作在地面完成，这大幅减轻了操作难度并提高了安全性。落水模块在起吊状态的时间较短，且试验模型保持在水池上方的时间较短，这可极大程度地避免试验前期准备工作中产生的意外情况。

4、落水试验平台的池内模块整合了摄像装置，摄像装置通过池壁框架固定在水池壁面。此设计避免了在水池壁面开孔产生的额外要求。对于大水池与小试件的情况，该设计也能使相机更清晰地拍摄到试件入水过程的液面变化。

5、摄像装置可移动至水池壁面的任意位置。此设计使得摄像装置能在不同的位置和不同的角度对试件入水的过程进行拍摄。这大幅增加了试验平台对于试验过程记录的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明落水模块结构示意图；

图3为本发明安装架结构示意图；

图4为本发明承台结构示意图；

图5为本发明角度夹具结构示意图；

图6为本发明池内模块结构示意图；

图7为图6中A的局部放大图；

图8为图6中B的局部放大图；

图9为图6中C的局部放大图；

图10为图6中D的局部放大图；

图11为本发明相机保护盒与池底框架连接示意图；

图12为本发明相机保护盒与池底框架另一角度连接示意图；

图13为本发明地面模块结构示意图。

其中，1、地面框架；2、池底框架；3、导向滑轨；4、缓冲装置；5、安装架；6、承台；7、角度夹具；8、摄像装置；9、落水试件；10、配重；11、安装架吊耳；12、承台吊耳；13、定向滑轮；14、定位块；15、加速度传感器；16、导轨连接架；17、型材接头；18、相机保护盒；19、L型连接板；20、三通接头；21、定位板；22、滑块；23、直线导轨；24、H型钢；25、矩形管；26、吊梁；27、脚板；28、第一销孔；29、第二销孔；30、槽钢架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-图13，本发明提供一种可调节的模块化落水试验平台，包括地面模块、池内模块和落水模块，池内模块与地面模块可拆卸连接，落水模块与地面模块内侧可拆卸连接，落水模块位于池内模块顶端上方；

落水模块包括安装架5，安装架5底端可拆卸连接有承台6和角度夹具7，承台6与地面模块内侧可拆卸连接，角度夹具7位于承台6内部，安装架5、承台6、角度夹具7均位于池内模块顶端上方；

池内模块底端一侧设置有摄像装置8。

进一步优化方案，承台6两相对外侧壁分别固定连接有若干定位块14，每个定位块14上均转动连接有定向滑轮13，承台6顶端四角分别固定连接有承台吊耳12和加速度传感器15。

进一步优化方案，安装架5顶端四角分别固定连接有配重10，每个配重10顶端分别固定连接有安装架吊耳11。

进一步优化方案，角度夹具7底端可拆卸连接有落水试件9。

承台6通过定向滑轮13与导向滑轨3接触，非工作状态使用插销固定。落水试件9、安装架5与角度夹具7的装配在地面完成(也可直接连接落水试件9与角度夹具7)，其中包括落水试件9的调试调整以及配重。完成装配后起吊安装架5可实现安装架5与承台6快速连接。

进一步优化方案，池内模块包括池底框架2，池底框架2固定连接有若干型材接头17，每个型材接头17顶端分别固定连接有竖直设置的导向滑轨3和缓冲装置4，缓冲装置4位于导向滑轨3侧壁底部，导向滑轨3顶端固定连接有导轨连接架16。

进一步优化方案，摄像装置8包括三通接头20，三通接头20与池底框架2一侧边固定连接，三通接头20固定连接有竖直设置的槽钢架30底端，槽钢架30上滑动连接有相机保护盒18，相机保护盒18内部固定连接有高速摄像机。

进一步优化方案，槽钢架30侧壁固定连接有直线导轨23，直线导轨23上滑动连接有滑块22，相机保护盒18与滑块22固定连接，相机保护盒18两相对外侧壁固定连接有定位板21。

进一步优化方案，地面模块包括地面框架1，地面框架1套设在若干导向滑轨3外侧，承台6与地面框架1内侧可拆卸连接，地面框架1底端固定连接有若干脚板27，地面框架1顶部底端中心固定连接有吊梁26。

地面框架1通过脚板27使用地脚螺栓固定在地面。起吊装置布置于地面框架1顶部的吊梁26。地面框架1的主体由H型钢24构成，增强结构为矩形管25。

池内模块底部通过矩形管25与型材接头17组成的强框架与池底接触实现池内模块在水平方向的约束。型材接头17同时也连接导向滑轨3与缓冲装置4。导向滑轨3通过顶部的导轨连接架16与地面框架1连接，以此实现池内模块在竖直方向的约束。

导轨连接架16的滚轮与地面框架1顶部H型钢24的翼板相接触。通过导轨连接架16顶面的第一销孔28可使用插销将导轨连接架16固定。型材接头17与底部矩形管25通过螺栓连接。松开型材接头17的螺栓与导轨连接架16的插销可自由调整池内模块的尺寸以便于实验平台的安装。另外，调整池内模块的尺寸也可使落水试验平台适应不同尺寸的试件与不同尺寸的水池。

导向滑轨3上开设的第二销孔29可与定位块14相配合。通过插销可将落水模块固定于导向滑轨3的第二销孔29位置，便于试验模型的安装与调试。

第二销孔29至少设置两个，一个位于水池壁面高度附近以便于落水模块的组装，另一个高于水池壁面高度1.5m以便于落水模块的调整与维护。

型材接头17的上端开口同时连接了导向滑轨3与缓冲装置4。缓冲装置4由与导向滑轨3尺寸相同的槽钢、弹簧以及挡板构成，通过螺栓与导向滑轨3和型材接头17连接。缓冲装置4构造简单且易于安装，对于不同的试验要求可快速更换不同型号的缓冲装置4以起到支撑落水模块的作用。

落水模块包括安装架5、角度夹具7与承台6，三者通过螺栓连接。试验时首先连接落水试件9、角度夹具7与安装架5；然后将承台6固定到导向滑轨3的第二销孔29位置；最后起吊安装架5至承台6并将两者连接。起吊安装架5时，吊绳连接安装架吊耳11。连接安装架5至承台6后，吊绳连接承台吊耳12。

配重10设置在安装架5的四角，防止安装架5在起吊过程中发生大幅变形。通过安装架5上的螺柱约束配重10后使用螺母进行固定。在承台6两侧布置了两对定向滑轮13。定向滑轮13与导向滑轨3接触，一方面减小落水模块下落过程中所受到的摩擦力，另一方面防止模块下落过程中卡死。加速度传感器15集成在承台6的四角以监测落水模块下落过程中的加速度变化。

高速摄像机设置于相机保护盒18内，实现对落水试验过程中自由液面变化的实时记录。由槽钢与L型连接板19组成的槽钢架30将相机保护盒18固定在水池壁面。槽钢架30底部通过三通接头20与池底框架相连以限制相机保护盒18在水平方向的位置。槽钢架30侧面设置了滑块22与直线导轨23，相机保护盒18可沿直线导轨23移动以适应不同的液面高度。通过定位板21和插销可将相机保护盒18固定在合适的高度位置。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。