作為近北極國家，加強(qiáng)極地船舶設(shè)計(jì)制造技術(shù)研發(fā)，提升極地船舶航行安全性，將有力助推我國實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國目標(biāo)。
極地船舶在冰區(qū)航行時(shí)易遇見浮冰碰撞情況，浮冰碰撞載荷下船舶結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變形損傷，如圖1圖2所示。極地船舶與浮冰碰撞模型實(shí)驗(yàn)技術(shù)是船-冰碰撞下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)機(jī)理研究的核心技術(shù)，冰體破碎特性一級(jí)結(jié)構(gòu)變形機(jī)制研究又是其中的關(guān)鍵。
圖1 極地船舶在冰區(qū)航行中與冰山碰撞
圖2 冰山碰撞下船體結(jié)構(gòu)塑性變形損傷
武漢理工大學(xué)交通學(xué)院朱凌教授團(tuán)隊(duì)在冰體碰撞下船體板動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)研究中，利用千眼狼高速圖像采集與測(cè)量技術(shù)、XTDIC圖像處理分析技術(shù)，拍攝分析了冰體碰撞過程中速度變化過程以及冰體失效破壞情況，研究船體板模型在冰體碰撞過程中變形過程以及船體板的應(yīng)變分布變化過程，如圖3所示。
圖3 冰體-船體板碰撞模型試驗(yàn)示意圖
試驗(yàn)過程利用三臺(tái)千眼狼高速攝像儀，其中一臺(tái)監(jiān)測(cè)冰體碰撞過程中冰體破碎動(dòng)態(tài)圖像，以及分析碰撞過程中冰體速度變化，另外兩臺(tái)拍攝捕捉船體板的動(dòng)態(tài)變形過程，用XTDIC圖像分析技術(shù)，對(duì)船體板表面形貌、位移以及應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量和分析，并得到三維應(yīng)變場(chǎng)以及位移場(chǎng)數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)過程
1、試驗(yàn)前在船體板模型上做好散斑標(biāo)定，試驗(yàn)過程中利用千眼狼高速攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集船體板模型各個(gè)變形階段的散斑圖像；
2、通過千眼狼高速圖像采集與測(cè)量技術(shù)以及XTDIC圖像處理分析技術(shù)所得到的船體板模型在冰體碰撞過程中的位移變形特性以及位移，如圖5；
圖5 冰體碰撞下船體板變形時(shí)間歷程
3、新的散斑系統(tǒng)集成了動(dòng)態(tài)變形系統(tǒng)與軌跡姿態(tài)分析系統(tǒng)，在散斑計(jì)算的同時(shí)對(duì)于船體板模型表面特殊點(diǎn)的位移變化和軌跡姿態(tài)進(jìn)一步分析計(jì)算，如圖6。
圖6 冰體碰撞下船體板中心點(diǎn)處大主應(yīng)變時(shí)間歷程
通過上述試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)在碰撞過程中冰體主要發(fā)生擠壓破壞，并以小顆粒的形式快速剝落，如圖7所示。并發(fā)現(xiàn)冰體與船體板模型的接觸面積在逐漸變大，碰撞過程中速度在逐漸變小。
圖7 冰體與船體板接觸過程中失效破壞過程
上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可助力提升極地船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低船舶航行損傷成本，為船舶制造過程中船體耐撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及抗撞性能評(píng)估提供了一定的應(yīng)用價(jià)值。
千眼狼高速攝像儀5KF20M
全幅大分辨率1920×1080，滿幅采集速度3000FPS 具備智能幀率、分辨率動(dòng)態(tài)調(diào)整功能 具備USB3.0、TRIG、SYNC IN、SYNC OUT等功能接口 可用快門線控制拍攝保存過程 具有外同步功能，支持多臺(tái)攝像機(jī)同步拍攝
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