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专利名称：变刚度弹性系统模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟装置，具体是一种变刚度弹性系统模拟装置。用于海洋工程领域。
背景技术：
在船舶与海洋工程试验领域，在模拟系缆或拖缆的弹性时，其刚度常常要求会随着载荷不同而变化，不再完全符合虎克定律。当其在低负荷的情况下时，其刚度随着载荷的增加而逐渐增加，而当负荷增加到一个较大的值的时候，刚度的变化会发生突变，即其刚度随着载荷的增加反而逐渐减小。具体表现是，这种缆索开始随着拉力的增加，越来越“硬”，但当拉力增加到某一特定值的时候，会突然变“软”。
经对现有技术的文献检索发现，俞湘三等人在《船舶性能实验技术》(ISBN7-313-00921-6，1991年上海交通大学出版社，§2-6，页9-11)一书中，提到了缆索的变形不再遵循虎克定律的情况，提及了刚度随载荷增大而上升的情况，即书中所提及的威尔逊公式，并提出了用串接一个弹性元件的装置来解决上述问题。但对于很多受力范围大的缆索，当载荷增大到某一数值后，刚度会突然出现下降的情况。表现在刚度曲线上就是曲线出现突然变化的拐点。上述简单串接一个弹性元件的装置无法完整模拟缆索的具有多个拐点的刚度变化曲线。在进一步的检索中，没有发现与本发明主题相同或者类似的文献报道。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种变刚度弹性系统模拟装置，利用多种限制器件，使弹性系统的弹性特性满足变刚度要求，不仅能解决载荷逐渐增加的情况下的刚度增加的模拟问题，还能模拟缆索在大载荷的情况下，其刚度突然降低的张力特性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括刚性外壳、弹簧、弹簧限位器件、弹簧预张器件、缆索和导缆孔。其连接关系为弹簧接在刚性外壳中，一头接在刚性外壳内的尾端，一头接在缆索上，缆索通过导缆孔穿出刚性外壳，承受外界的拉力。而弹簧限位器件和弹簧预张器件设置在弹簧上。
本发明中，刚性外壳保证整个系统的刚性。弹簧提供整个弹性系统的基本弹性。弹簧限位器件是钢丝绳(长度按需)和安装在两头可固定在弹簧上的卡件，该卡件的安装不会影响弹簧的弹性。弹簧预张器件是刚性架(长度按需)和安装在两头可固定在弹簧上的卡件，该卡件的安装不会影响弹簧的弹性。缆索是钢丝绳。导缆孔要进行光滑处理，避免摩擦。
整个弹性系统的刚度的改变主要通过安装在弹簧上的弹簧限位器件和弹簧预张器件来实现。当在整个弹簧上的某一段弹簧上安装一个弹簧限位器件，就可以限制某一段弹簧当伸长到一定长度后就不能再伸长。即当变形达到一定值时限位钢丝绳拉紧，即使拉力再加大，此后这段弹簧作为固定长度不再参与整个弹性系统的变形。整个系统相当于除去了一个串联的弹簧，当拉力增加一个单位大小时，弹性系统的伸长量比之前减少了，即满足载荷到达某一点后刚度增加的要求。
当在整个弹簧上的某一段弹簧上安装一个弹簧预张器件就可以限制该段弹簧在载荷增加至能将此段弹簧拉开之前作为固定长度不参与整个系统的弹性变形。在载荷增加至能将此段弹簧拉开后，弹簧开始拉开，并参与整段弹簧的变形。整个系统相当于增加了一个串联的弹簧，当拉力增加一个单位大小时，弹簧的伸长量比之前增加了，即可满足载荷到达某一点后系统刚度减小的要求。
本发明使弹性系统的弹性特性满足变刚度要求，解决了载荷逐渐增加的情况下的刚度增加和刚度突然降低的张力特性的模拟问题，只要增加该装置中限制器件的数量，即增加刚度变化点的数量，就可以模拟刚度变化比较复杂的系统。控制限位和预紧器件的设置(改变限位和预紧的临界载荷)，使其在刚度改变的不同大小的载荷处才开始发挥作用，就可以完全满足模拟变刚度弹性系统的需要。即使是刚度变化比较复杂的系统，或模拟要求很高的系统，只要增加该装置中限制器件的数量，即增加刚度变化点的数量，也可以精确模拟系统刚度的变化。


图1本发明结构示意图
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括刚性外壳1、弹簧2、弹簧限位器件3、弹簧预张器件4、缆索5和导缆孔6。其连接关系为弹簧2接在刚性外壳1中，一头接在刚性外壳1内的尾端，一头接在缆索5上，缆索5通过导缆孔6穿出刚性外壳1，弹簧限位器件3和弹簧预张器件4设置在弹簧2上。
弹簧限位器件3是钢丝绳和安装在两头可固定在弹簧2上的卡件。
弹簧预张器件4是刚性架和安装在两头可固定在弹簧上的卡件。
缆索5是钢丝绳。
权利要求
1.一种变刚度弹性系统模拟装置，包括刚性外壳(1)、弹簧(2)、缆索(5)和导缆孔(6)，其特征在于还包括弹簧限位器件(3)、弹簧预张器件(4)，其连接关系为弹簧(2)接在刚性外壳(1)中，一头接在刚性外壳(1)内的尾端，一头接在缆索(5)上，缆索(5)通过导缆孔(6)穿出刚性外壳(1)，弹簧限位器件(3)和弹簧预张器件(4)设置在弹簧(2)上。
2.根据权利要求1所述的变刚度弹性系统模拟装置，其特征是，弹簧限位器件(3)是钢丝绳和安装在两头固定在弹簧(2)上的卡件。
3.根据权利要求1所述的变刚度弹性系统模拟装置，其特征是，弹簧预张器件(4)是刚性架和安装在两头固定在弹簧(2)上的卡件。
全文摘要
一种变刚度弹性系统模拟装置，用于海洋工程领域。本发明包括刚性外壳、弹簧、弹簧限位器件、弹簧预张器件、缆索和导缆孔，其连接关系为弹簧接在刚性外壳中，一头接在刚性外壳内的尾端，一头接在缆索上，缆索通过导缆孔穿出刚性外壳，承受外界的拉力。而弹簧限位器件和弹簧预张器件设置在弹簧上。本发明只要控制限位和预紧器件的设置，使其在刚度改变的点处才开始发挥作用，就可以完全满足模拟变刚度弹性系统的需要。即使是刚度变化比较复杂的系统，或模拟要求很高的系统，只要增加该装置中限制器件的数量，即增加刚度变化点的数量，也可以精确模拟系统刚度的变化。
文档编号G01N3/44GK1621804SQ20041009308
公开日2005年6月1日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者杨建民, 张承懿, 彭涛, 王磊, 肖龙飞, 姚美旺, 王敏声 申请人:上海交通大学