[发明专利]一种惯量和刚度系统模拟试验装置及实验方法

说明书

本发明涉及一种惯量和刚度系统模拟试验装置，支座对中心轴进行支撑，中心轴可相对支座自由转动；中心轴中间设置线缆盘，线缆盘两侧可拆卸的等距设置至少一对标准惯量砝码、至少一对弹簧盘、至少一对微调杆；弹簧盘上的绕线与弹簧一端连接，弹簧另一端与支座连接；微调杆与中心轴垂直，且两端与中心轴的距离相等；线缆盘与弹簧盘转动方向相反，线缆与远端提供固定拉力的拉力机构连接，线缆上设置张紧力传感器；微调砝码与中心轴的距离可调节，进而微调转动惯量。本发明将平动惯量转换为转动惯量，将线性刚度转换为扭转刚度，因此以一套轻便的装置即可模拟一套沉重的装置。

技术领域

本发明涉及一种工程研究和试验领域的装置，具体是一种惯量和刚度系统模拟装置。广泛应用于科学研究和工程实践中的模型试验。

背景技术

在科学研究和工程实践中，模型试验是一种十分重要的手段。例如在海洋工程领域，在海洋平台设计阶段，需要开展平台加系泊系统的测试，包括风载荷与流载荷的校核等。在校核载荷的过程中，传统的方法是将实物模型置于试验水池中，通过实际海洋平台与实物模型之间的质量差异进行模拟计算后，进而开展试验。

但是这种做法的缺点是长时间占用试验资源，极大影响整体试验进度。原则上，为了解决此问题也可以在岸上开展试验，按照水中平台的水平惯量(质量)、系泊系统的线性刚度制作相同的装置。但是，这样一来整个装置的重量将十分可观，并且不利于调节。除海洋工程领域的试验外，对于其他学科的试验，此类问题同样存在。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有的惯量和刚度系统模拟装置，长时间占用试验资源，极大影响整体试验进度；而且整个装置的重量十分可观，并且不利于调节。

本发明采取以下技术方案：

一种惯量和刚度系统模拟试验装置，其特征在于：包括支座1、中心轴2、标准惯量砝码3、微调杆4、微调砝码5、线缆盘6、弹簧盘7、弹簧8；所述支座1对中心轴2进行支撑，中心轴2可相对支座自由转动；中心轴2中间设置线缆盘6，线缆盘两侧可拆卸的等距设置至少一对标准惯量砝码3、至少一对弹簧盘7、至少一对微调杆4；所述弹簧盘7上的绕线与弹簧8一端连接，弹簧8另一端与支座1连接；所述微调杆4与中心轴2垂直，且两端与中心轴的距离相等；所述线缆盘6与弹簧盘7转动方向相反，线缆与远端提供固定拉力的拉力机构连接，线缆上设置张紧力传感器；所述微调砝码5与中心轴2的距离可调节，进而微调转动惯量。

进一步的，所述微调杆4是螺纹杆，微调砝码5与微调杆4螺纹连接，便于微调节转动惯量。

进一步的，所述弹簧盘7、标准惯量砝码3、微调杆4距离线缆盘6的距离依次由近到远。

进一步的，所述标准惯量砝码3、微调砝码5均具有多个可选规格。

进一步的，所述弹簧盘7的绕线的刚度远大于弹簧的刚度。

进一步的，线缆上安装单分力传感器。

进一步的，所述弹簧8可拆卸，且具有多个不同刚度的可选弹簧。

本发明的有益效果在于：

1)创造性地提出一种惯量和刚度系统模拟装置。通过将转动惯量和平动惯量的转换、扭转刚度和线性刚度的转化，以一套轻便的装置即可模拟一套沉重的装置。

2)装置的转动惯量和刚度均可调节。转动惯量分为基础部分和微调部分。基础部分即为标准惯量砝码，可通过选取不同规格的标准惯量砝码实现阶梯式调节；微调部分由一个微调杆和若干微调砝码组成。微调砝码通过螺纹连接于微调杆上，因此可以通过调节微调砝码的质量和位置来连续调节装置的转动惯量。

3)本装置可广泛用于对“惯量—刚度”系统进行模拟。结构形式简单，制造安装方便，可操作性良好，使用成本低廉。在实际科研和工程应用中，可极大简化试验过程，以及节省试验资源。