一種模擬浪濺區波浪衝擊動態應變檢測裝置的製作方法

2024-04-03 21:29:05

本發明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種模擬浪濺區波浪衝擊動態應變檢測裝置。

背景技術：

浪花飛濺區（簡稱浪濺區）是指在海洋環境中，海水的飛沫能夠噴灑到工程結構表面，但在海水漲潮時又不能被海水所浸沒的部位。該區域的工程結構長期受到波浪載荷的衝擊作用，使得結構物表面由於彈性變形和振動產生微裂紋，這些微裂紋經過長時間的積累會嚴重影響結構的承載能力， 使得結構的安全可靠性減弱，最終將導致結構功能的散失，甚至結構破壞。

波浪衝擊作用機理十分複雜，自20世紀60年代開始，國內外學者就開展了波浪對海洋結構物衝擊作用的研究。Wang假定結構為剛性且表面光滑，給出了計算波浪衝擊力的方法；Kaplan等採用與處理小尺度水平圓柱相近的方法，給出了作用在水平板上的衝擊力公式；過達等分別給出了不同試驗條件下衝擊力的經驗公式。周益人等利用求解含有自由表面的、二維不可壓縮粘性流體非定常運動的流體體積法（VOF）建立了求解波浪衝擊壓力的數學模型。上述研究均假設波浪正向作用在海洋結構物上，並且主要針對波浪衝擊力進行研究，關于波浪衝擊過程中結構物產生的動態應變研究目前鮮有報導。

技術實現要素：

本發明的目的是為了研究波浪衝擊過程中結構物產生的動態應變，設計了一種模擬浪濺區波浪衝擊動態應變檢測裝置。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：模擬浪濺區波浪衝擊動態應變檢測裝置由波浪衝擊系統、工控機、數據採集系統等部分構成。

所述的衝擊系統主要包括衝擊平臺系統及衝擊速度控制系統，衝擊系統平臺通過光柵傳感器讀取平臺的位置模擬量信號，轉換成電壓數位訊號後，傳送到MAC-3002SSP4運動控制卡上；工控機從控制卡上讀取平臺的位置信息，從而控制X、Y及旋轉方向的空間運動，實現對衝擊位置及角度的控制。

所述的衝擊速度控制系統通過伺服電機控制調速閥，改變衝擊管道的流量，並通過流量計監測流速，達到控制衝擊速度的目的。

所述的工控機是系統的上位機，主要完成人機互動界面的管理、控制系統實時監控信息的顯示等工作。

所述的系統的下位機是步進機電有限公司的MPC03運動控制卡，下位機MPC03卡則負責完成運動控制的所有細節，如實時軌跡規劃、位置閉環伺服控制、主機命令處理和控制I/O管理等；上位機與MPC03運動控制卡之間的通信通過PCI總線實現。

所述的系統的電機採用松下伺服電機MSMD022S1，其驅動器採用MINAS-A4系列。

所述的系統的動態應變檢測裝置上位機交互界面的主要功能有：讀取衝擊系統的位置信息反饋，控制噴頭位置；根據檢測系統與庫文件的對比，確定裝置是否正常工作。

本發明的有益效果是：本提出了一種模擬浪濺區波浪衝擊動態力學性能檢測的新方法，並針對該方法設計了一種實現波浪衝擊動態應變檢測的自動化裝置。以690MPa高強鋼試件為對象，使用該裝置檢測其在不同浪速、不同作用時間和不同衝擊方向的波浪衝擊作用下的動態應變，實驗結果符合理論分析，證明該裝置的可行性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是動態應變檢測裝置硬體系統示意圖。

其中，1-工控機；2-STSS 應力檢測模塊；3-試樣；4-應變片；5-紅外線發射器；6-光電傳感器；7-數據採集卡；8-光柵；9-Z 軸；10-噴槍；11-夾具；12-旋轉電機；13-X 軸工作檯；14-步進電機；15-驅動器；16-運動控制卡；17-流量計；18-分流閥；19-調速閥；20-液壓泵；21-液壓驅動；22-伺服電機。

具體實施方式

如圖1所示，動態應變檢測裝置由波浪衝擊系統、工控機1、數據採集系統等組成，衝擊系統主要包括衝擊平臺系統及衝擊速度控制系統，衝擊系統平臺通過光柵傳感器8讀取平臺的位置模擬量信號，轉換成電壓數位訊號後，傳送到MAC-3002SSP4運動控制卡16上；工控機1從控制卡上讀取平臺的位置信息，從而控制X、Y及旋轉方向的空間運動，實現對衝擊位置及角度的控制。衝擊速度控制系統通過伺服電機22控制調速閥19，改變衝擊管道的流量，並通過流量計17監測流速，達到控制衝擊速度的目的。應變檢測裝置的原理如下: 材料的動態力學性能主要是通過實驗測量的方法進行研究，金屬材料動態本構模型則是根據實驗所測數據來描述外載作用下材料相對應的響應，為材料在工程設計和數值模擬計算中安全可靠的應用提供有力保障。在多種描述金屬動力響應的本構模型中，Johnson-Cook模型運用最為廣泛，其模型形式簡單、物理意義清晰、易於添加修正項，Johnson-Cook模型的表達式為：

σ=[A+Bεn] [ 1 +Clnε*]

式中：σ—等效應力；

ε—等效塑性應變；

A、B 、C—材料相關係數；

—無量綱應變率變量；

—參考應變率；

n—應變硬化指數。