专利名称：一种压缩型护舷预张紧模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压縮型护舷预张紧模拟装置。
背景技术：
当今的海洋石油开发，无论是采用FPSO、固定式还是移动式的平台，利用穿 梭油轮来回于码头及海上产油设施之间运输石油是非常常见的一种方法。
当穿梭油轮靠泊平台时，为了防止油轮与平台的碰撞损坏平台或油轮， 一般在 平台靠船一侧都会设置靠船架，同时在靠船架侧面的两端均设置多个橡胶护舷，以 吸收油轮的撞击动能，减少撞击力。
其中，压縮型护舷的刚度曲线存在着明显的特点，由三段组成①线性段，② 自由变形段，③限制变形段。由于其特殊的刚度曲线，要在海洋工程模型试验当中 模拟出这种反力及变形的关系，需要专门设计出一套相应的模拟装置，目前还没有 这样的装置。
经对现有技术文献以及专利文献的检索，尚未发现与本实用新型主题相同或类 似的文献报道。
实用新型内容
本实用新型的目的在于弥补现有技术的空缺，提供一种模拟具上述特殊刚度特 性的压縮型护舷预张紧模拟装置。
本实用新型所提供的压縮型护舷预张紧模拟装置，它由弹性变形部分、限位导 轨部分和预张紧部分三个部分组成；所述限位导轨部分包括导轨5、可在导轨上滑 动的导轨滑动块7和位于导轨5 —端的滑轮9;所述弹性变形部分与限位导轨部分 的导轨滑动块7固定连接，所述预张紧部分由滑轮10、重块ll、滑轮支架12和可 承担重块11重量的丝状物13组成；所述滑轮支架12将滑轮10支起，所述丝状物 13的一端与重块11连接，并使重块ll悬空，另一端绕过滑轮10和滑轮9与导轨 滑动块7或所述弹性变形部分连接。所述限位导轨部分还包括滑轮支撑块8，所述 滑轮支撑块8将滑轮9固定在导轨5的一端。
该结构中弹性变形部分连接于导轨滑动块7，预张紧部分的丝状物13绕过滑轮 9连接到前面所说的连接支撑部件或者导轨滑动块7，从而可以给弹性变形部分施加由重块重量提供的预紧力，以达到预张紧的目的。
所述弹性变形部分由至少一个压弹簧1、分别固定于每个压弹簧1的两端的连
接垫块2、模型接触块3和连接支撑部件4组成；压弹簧1 一端固定的连接垫块2 与连接支撑部件4固定连接，压弹簧1的另一端固定的连接垫块2与所述模型接触 块3连接，所述弹性变形部分通过所述连接支撑部件4与导轨滑动块7固定连接。 所述模型接触块3可以根据需要设置每个压弹簧设置一块或多个压弹簧共同连接一 块模型接触块3，其大小、形状和材料科根据实验需要设置。
基于上述结构，本实用新型的装置，当弹性变形部分受到冲击时，利用弹簧和 重块在受力情况下位移的变化，可以有效地模拟压縮型护舷的真实受力特性；利用 弹簧和重块不同组合，可以模拟具有不同弯曲方向的非线性弹簧曲线。
所述限位导轨部分还包括限制导轨滑动块7在导轨5的滑动区域的导轨限位块 6。导轨限位块6可以通过螺母或其它方式固定于导轨5的不同位置上，此时，导轨 滑动块7可以在导轨限位块和滑轮9所限制的导轨区域内自由地滑动。
上述丝状物13优选为金属丝，如钢丝等。
本实用新型工作前，根据所需模拟的压縮型护舷刚度曲线的特征值，确定好压 弹簧1数量、刚度、导轨限位块6的位置及配重重块11的质量。具体方式为根据 刚度曲线自由变形段的斜率，确定合适刚度的弹簧及相应数量；根据刚度曲线自由 变形段的水平距离，也即自由变形的距离，确定导轨限位块6在导轨5上的位置， 并用螺母固定在导轨上；根据刚度曲线限制变形段的最小反力值，确定配重重块的 质量，并用钢丝连接好悬挂于大滑轮上。
工作时，船模一舷靠上模型接触块，当接触力小于配重重块质量所提供的反力 时，压弹簧将处于弹性压縮阶段，此阶段将模拟刚度曲线中的线性段；当接触力等 于配重重块质量所提供的反力时，压弹簧的变形达到最大，不再压縮，同时导轨滑 动块7可以沿导轨向导轨限制块6的方向滑动，此阶段将模拟刚度曲线中的自由变 形段；当接触力大于配重重块质量所提供的反力时，导轨滑动块必已滑行至导轨限 位块所在位置，此时，船模与本实用新型间相当于刚性接触，接触力将急剧增大， 此阶段将模拟刚度曲线中的限制变形段。
上述装置弹性变形部分模型接触块的材料，数量及接触面积应根据原型以及试 验縮尺比选择；滑轮9必须固定于导轨上的部位须刚度足够大，不能产生过大变形， 比如上述滑轮支撑块的刚度必须足够大，以保证在整个工作的过程中不至于断裂或 产生过大变形，这对于获得准确的试验数据，更好发挥本实用新型装置的作用非常 重要。本实用新型的压縮型护舷预张紧模拟装置利用合适弹性的压弹簧模拟弹性[^ 段，适当的配重模拟自由变形阶段，以及可调节的限位装置模拟限制变形段，能够 在海洋工程试验中良好地模拟压縮型护舷。本实用新型的装置可在模拟海洋工程水 池试验时的压縮型护舷，得到真实地反映试验结果，获得良好结果。
本实用新型具有明显的创新性。首先，在本实用新型前尚未有类似的装置能够 模拟压縮型护舷的刚度特性，而经试验验证，本实用新型能够很好地模拟出具三段 性质差异大的刚度特性；其次，本实用新型可以根据目标刚度曲线所需要的特征值， 任意地调节相应的自由变形段距离及进入刚性阶段的最小反力值，故一个模型能够 模拟多个刚度特征值有差异的实物。所以，本实用新型能够广泛地用于模拟具有与 压縮型护舷类似刚度特性的各种装置。再者，本实用新型有效地解决了模型试验非 线性的真实性问题，对今后类似工作具有较高的参考价值。

图1为本实用新型压縮型护舷预张紧模拟装置总体示意图2为本实用新型压縮型护舷预张紧模拟装置的弹性变形部分示意图3为本实用新型压縮型护舷预张紧模拟装置的限位导轨部分示意图4为本实用新型压縮型护舷预张紧模拟装置的预张紧部分示意图5为本实用新型压縮型护舷预张紧模拟装置模拟的刚度曲线与橡胶护舷实际
刚度曲线的对比示意图。
具体实施方式
下述实施例中所述的方法，如无特别说明，均为常规方法。
如图l-图4，是本实用新型的压縮型护舷预张紧模拟装置，它由弹性变形部分 (图2)、限位导轨部分(图3)和预张紧部分(图4)三个部分组成；
其中，弹性变形部分由至少一个压弹簧l、分别固定于每个压弹簧l的两端的 连接垫块2、模型接触块3和连接支撑部件4组成；压弹簧1 一端固定的连接垫块2 与连接支撑部件4固定连接，压弹簧1的另一端固定的连接垫块2与模型接触块3 连接。所述模型接触块3可以根据需要设置每个压弹簧设置一块或多个压弹簧共同 连接一块模型接触块3，其大小、形状和材料科根据实验需要设置。
限位导轨部分由导轨5、可在导轨上滑动的导轨滑动块7、限制导轨滑动块7在 导轨5的滑动区域的导轨限位块6、固定于导轨5 —端的滑轮支撑块8和固定于滑 轮支撑块8上的小滑轮9组成；导轨限位块6可以通过螺母或其它方式固定于导轨 5的不同位置上，此时，导轨滑动块7可以在导轨限位块和滑轮9所限制的导轨区 域内自由地滑动。使用时，导轨5可使导轨滑动块7在水平方向上滑动。预张紧部分由滑轮10、重块11、滑轮支架12和可承担重块11重叠的钢丝13 组成；滑轮支架12将滑轮10支起，丝状物13的一端与重块11连接，并使重块ll 悬空。
上述弹性变形部分的连接支撑部件4与限位导轨部分的导轨滑动块7下部固定 连接，使弹性变形部分可在导轨上自由滑动；上述钢丝13的另一端(不与重块ll 连接的一端)绕过滑轮10和滑轮9与弹性变形部分的连接支撑部件4连接，达到为 弹性变形部分施加由重块重量提供的预紧力，达到预张紧的目的。
基于上述结构，本实用新型的装置，当弹性变形部分受到冲击时，利用弹簧和 重块在受力情况下位移的变化，可以有效地模拟压縮型护舷的真实受力特性；利用 弹簧和重块不同组合，可以模拟具有不同弯曲方向的非线性弹簧曲线。
工作前，根据所需模拟的压縮型护舷刚度曲线的特征值，确定好压弹簧l数量、 刚度、导轨限位块6的位置及配重重块11的质量。具体方式为根据刚度曲线自由 变形段的斜率，确定合适刚度的弹簧及相应数量；根据刚度曲线自由变形段的水平 距离，也即自由变形的距离，确定导轨限位块6在导轨5上的位置，并用螺母固定 在导轨上；根据刚度曲线限制变形段的最小反力值，确定配重重块的质量，并用钢 丝连接好悬挂于大滑轮上。
工作时，船模一舷靠上模型接触块，当接触力小于配重重块质量所提供的反力 时，压弹簧将处于弹性压縮阶段，此阶段将模拟刚度曲线中的线性段；当接触力等 于配重重块质量所提供的反力时，压弹簧的变形达到最大，不再压縮，同时导轨滑 动块7可以沿导轨向导轨限制块6的方向滑动，此阶段将模拟刚度曲线中的自由变 形段；当接触力大于配重重块质量所提供的反力时，导轨滑动块必已滑行至导轨限 位块所在位置，此时，船模与本实用新型间相当于刚性接触，接触力将急剧增大， 此阶段将模拟刚度曲线中的限制变形段。
上述装置弹性变形部分模型接触块的材料，数量及接触面积应根据原型以及试 验縮尺比选择；上述滑轮支撑块的刚度必须足够大，通过焊接或螺栓固定，以保证 在整个工作的过程中不至于断裂或产生过大变形，这对于获得准确的试验数据非常 重要。
本实用新型的压縮型护舷预张紧模拟装置利用合适弹性的压弹簧模拟弹性阶 段，适当的配重模拟自由变形阶段，以及可调节的限位装置模拟限制变形段，能够 在海洋工程试验中良好地模拟压縮型护舷。本实用新型的装置可在模拟海洋工程水 池试验时的压縮型护舷，得到真实地反映试验结果，获得良好结果。
基于上述结构设计，本实用新型具有创新性，首先，在本实用新型前尚未有类似的装置能够模拟压縮型护舷的刚度特性，而经试验验证，本实用新型能够很好地 模拟出具三段性质差异大的刚度特性；其次，本实用新型可以根据目标刚度曲线所 需要的特征值，任意地调节相应的自由变形段距离及进入刚性阶段的最小反力值， 故一个模型能够模拟多个刚度特征值有差异的实物。所以，本实用新型能够广泛地 用于模拟具有与压縮型护舷类似刚度特性的各种装置。再者，本实用新型有效地解 决了模型试验非线性的真实性问题，对今后类似工作具有较高的参考价值。
上述装置已经通过试验验证，试验模拟了穿梭油轮直接靠泊储油平台。其中上 述装置用于具体模拟储油平台的橡胶护舷。具体试验参数如下
穿梭油轮吨位 5000吨载重量；
储油平台橡胶护舷类型 DA-A800HX2.5米；
储油平台橡胶护舷数量 两端，每端各4个；
护舷模拟装置数量 两套，每套模拟4个上述储油平台橡胶护舷；
波浪环境条件 有效波高0.5至3.0米；
压弹簧使用数量 每套模拟装置使用4个压弹簧，共8个。
压弹簧受力与变形的关系根据相应的橡胶护舷的受力特性来选择，每套模拟装 置压弹簧的数量对应需要模拟的橡胶护舷的数量，重块的重量根据橡胶护舷自由变 形段时的受力来确定。
结果如图5所示，通过试验模拟及验证，模拟装置的受力特性与真实橡胶护舷 非常接近，可以证明，该装置能够成功模拟橡胶护舷的真实受力特性。
权利要求1、一种压缩型护舷预张紧模拟装置，其特征在于它由弹性变形部分、限位导轨部分和预张紧部分三个部分组成；所述限位导轨部分包括导轨(5)、可在导轨上滑动的导轨滑动块(7)和固定于导轨(5)一端的滑轮(9)；所述弹性变形部分与限位导轨部分的导轨滑动块(7)固定连接，所述预张紧部分由滑轮(10)、重块(11)、滑轮支架(12)和可承担重块(11)重量的丝状物(13)组成；所述滑轮支架(12)将滑轮(10)支起，所述丝状物(13)的一端与重块(11)连接，并使重块(11)悬空，另一端绕过滑轮(10)和滑轮(9)后与导轨滑动块(7)或所述弹性变形部分连接。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述弹性变形部分由至少一个压 弹簧(1)、分别固定于每个压弹簧(1)的两端的连接垫块(2)、模型接触块(3) 和连接支撑部件(4)组成；压弹簧(1) 一端固定的连接垫块(2)与连接支撑部件(4)固定连接，压弹簧(1)的另一端固定的连接垫块(2)与所述模型接触块(3) 连接，所述弹性变形部分通过所述连接支撑部件(4)与导轨滑动块(7)固定连接。
3、 根据权利要求l所述的装置，其特征在于所述限位导轨部分还包括限制导 轨滑动块(7)在导轨(5)上的滑动区域的导轨限位块(6)，所述导轨限位块(6) 可插接或用螺固件固定于导轨(5)的不同位置。
4、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述限位导轨部分还包括滑轮支 撑块(8)，所述滑轮支撑块(8)将滑轮(9)固定在导轨(5)的一端。
5、 根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于所述丝状物(13) 为金属丝。
专利摘要本实用新型公开了一种压缩型护舷预张紧模拟装置。它由弹性变形部分、限位导轨部分和预张紧部分组成；限位导轨部分包括导轨、导轨滑动块和固定于导轨一端的滑轮；弹性变形部分与限位导轨部分的导轨滑动块固定连接，预张紧部分由滑轮、重块、滑轮支架和可承担重块重量的丝状物组成；滑轮支架将滑轮支起，丝状物的一端与重块连接，并使重块悬空，另一端绕过滑轮和滑轮后与导轨滑动块或弹性变形部分连接。该装置能够模拟出三段性质差异大的刚度特性；可根据目标刚度曲线所需要的特征值，调节相应的自由变形段距离及进入刚性阶段的最小反力值，故一个模型能够模拟多个刚度特征值有差异的实物，能够广泛地用于模拟具有与压缩型护舷类似刚度特性的各种装置。
文档编号G01M10/00GK201421393SQ200920108728
公开日2010年3月10日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者于春洁, 侯金林, 吴小鹏, 张承懿, 丛 易, 达 李, 杨建民, 肖龙飞, 模 范, 旭 贾, 马巍巍 申请人:中国海洋石油总公司;中海石油研究中心;上海交通大学