一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶

1.本发明涉及实验教学技术领域，尤其涉及一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶。


背景技术：

2.船体强度是指船舶的船体结构在正常的使用过程和一定的使用年限中具有不破坏或者不发生过大变形的能力。研究船体强度是为了保证所设计和建造的船舶在遇到或可能遇到的各种外力作用时，能够安全航行的同时，具有较经济的结构以及较好的施工性。在研究船体强度的过程中，通常将船体当作一根飘浮的空心薄壁梁(称为船体梁)，从整体上研究其变形规律和抵抗破坏的能力，即为对总强度的研究。由于船体主要产生纵弯曲变形，因此，上述总强度的研究就是研究船体梁纵弯曲问题。在求得船体的总纵弯曲力矩之后可计算船体总纵弯曲应力，以便进行强度校核。
3.船体剖面模数是表征船体结构抵抗弯曲变形能力的一种几何特性，也是衡量船体总纵强度的一个重要标准。在一般建造规范中都规定了剖面模数的基本要求，以作衡量船体总纵强度的标准。如何设计剖面、选择型材才能保证足够的船体强度，如何得到满足结构强度要求的更轻型船舶，是船舶结构设计必须考虑的问题。
4.例如，申请号为cn201911139644.8的发明申请所提出的一种航海教学器材船舶综合体模型，其中，包括船舶主体，所述船舶主体上设置有吊装设备、第一舱盖、第二舱盖、第三舱盖、第四舱盖、第五舱盖、锚机绞车、锚、侧推、发动机螺旋桨、用于驱动发动机螺旋桨的发动机、桅杆、信号灯和尾灯、救生设备和雷达、驾驶舱，所述船舶主体和风浪模拟装置连接，所述船舶主体的甲板龙骨内设置有电路线路，所述电路线路和控制台连接，所述控制台通过电路线路对信号灯、尾灯、锚机绞车、侧推、发动机、吊装设备和风浪模拟装置进行控制。
5.然后上述船舶模型以及如今诸多高校的船舶强度与结构设计课程中所使用的船舶，均为一体式结构，无法有效模拟船舶的不同位置以及不同型材下的受力试验。


技术实现要素：

6.有鉴于此，有必要提供一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶，用以解决无法有效模拟船舶的不同位置以及不同型材下的受力试验的问题。
7.本发明提供一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶，包括船舶模型、施力组件和测力组件；所述船舶模型包括船体以及型材单元，所述船体的中间部分开设有向内凹陷的安装槽，所述安装槽的延伸方向与所述船体的长度方向相同，所述型材单元可内置于所述安装槽的任意位置处、且与所述船体可拆卸连接；所述施力组件的施力端与所述船体上，用以对所述船体施加外力；所述测力组件的测力端可与所述船体连接，用以检测连接处的受力。
8.进一步的，所述船体的安装槽的形状与所述型材单元的外形相适配，所述型材单
元可插设于所述安装槽中、并通过一连接件与所述船体可拆卸连接。
9.进一步的，所述型材单元包括框体和多个型材单体，所述框体插设于所述安装槽中，多个所述型材单体与所述框体的内壁固定连接，所述框体与所述安装槽沿其长度方向滑动连接，以滑动至所述安装槽的任意位置处，所述框体经由所述连接件与所述船体可拆卸连接。
10.进一步的，所述型材单元的数量为多个，多个所述型材单元沿所述安装槽的长度方向内置于所述安装槽中。
11.进一步的，还包括沿所述安装槽的长度方向依次设置的多个限位件，多个所述限位件均包括滑块、弹簧和限位珠，所述滑块与所述船体的安装槽的内壁固定连接，所述滑块靠近所述型材单元的一侧经由所述弹簧与所述限位珠连接，所述型材单元的侧壁上开设有定位槽，所述型材单元的定位槽可与任意一所述限位珠卡接。
12.进一步的，所述施力组件的施力端均有两个，两个所述施力端分别位于所述船体的安装槽的两侧，两个所述施力端均包括手轮、螺杆、顶板和门架，所述手轮与所述螺杆的一端固定连接，所述螺杆的另一端与所述顶板连接，所述螺杆与所述门架转动连接，所述顶板与所述船体抵接。
13.进一步的，所述顶板经由一力分配板与所述船体抵接；所述施力端还包括一力值显示器，所述力值显示器固定设于所述船体的侧壁上，所述力值显示器的测量端设于所述顶板与所述力分配板之间。
14.进一步的，所述测力组件包括应变片、应变仪以及计算机，所述应变片与所述船体的外壁连接，所述应变片与所述应变仪电性连接，所述应变仪与所述计算机电性连接。
15.进一步的，所述应变片的数量为多个，多个所述应变片粘接于所述船体的上。
16.进一步的，还包括一底座，两个所述门架固定设于所述底座上，所述底座上固定连接有两个支座，两个所述支座与所述船体的底部抵接；所述支座的顶部固定连接有一滚珠，所述船体的底部与所述滚珠滑动抵接。
17.与现有技术相比，通过将现有的船舶模型的一体式结构改为分体式结构，具体的，船舶模型包括船体和型材单元，其中型材单元可安装至船体的任意位置处，型材单元与船体可拆卸连接，型材单元可模拟船体的剖面结构，单独将型材单元拿出，便于观察、研究船体的内部结构，通过可通过改变型材单元的厚度、结构以及安装位置，便于模拟船体的不同位置以及在不同型材下的受力试验，学生能自主参与设计船舶横剖面结构，在实验室内完成快速装配，更能激发学生的实验热情和学习兴趣，更利于学生对船体的结构强度的理解，丰富了实验教学的内容，解决了传统船体梁模型结构单一，实验内容呆板，教学效果差的缺点。
附图说明
18.图1为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中整体的结构示意图；
19.图2为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中船舶模型的结构示意图；
20.图3为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中型
材单元的结构示意图；
21.图4为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶另一实施例中型材单元的结构示意图；
22.图5为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中框体与船体之间通过限位件连接的结构示意图；
23.图6a为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中第一纵桁的结构示意图；
24.图6b为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中第二纵桁的结构示意图；
25.图6c为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中第三纵桁的结构示意图；
26.图6d为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶本实施例中第四纵桁的结构示意图；
27.图7为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶又一实施例中型材单元的结构示意图；
28.图8为本发明提供的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶又一实施例中型材单元的结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
30.如图1-2所示，本实施例中的一种剖面模数可调节的船舶强度实验教学船舶，包括船舶模型100、施力组件200和测力组件300；船舶模型100包括船体110以及型材单元120，船体110的中间部分开设有向内凹陷的安装槽111，安装槽111的延伸方向与船体110的长度方向相同，型材单元120可内置于安装槽111的任意位置处、且与船体110可拆卸连接；施力组件200的施力端210与船体110上，用以对船体110施加外力；测力组件300的测力端可与船体110连接，用以检测连接处的受力。
31.其中，通过将现有的船舶模型100的一体式结构改为分体式结构，具体的，船舶模型100包括船体110和型材单元120，其中型材单元120可安装至船体110的任意位置处，型材单元120与船体110可拆卸连接，型材单元120可模拟船舶模型100的剖面结构，单独将型材单元120拿出，便于观察、研究船体110的内部结构，通过可通过改变型材单元120的厚度、结构以及安装位置，便于模拟船体110的不同位置以及在不同型材下的受力试验，学生能自主参与设计船舶横剖面结构，在实验室内完成快速装配，更能激发学生的实验热情和学习兴趣，更利于学生对船体110的结构强度的理解，丰富了实验教学的内容，解决了传统船体110梁模型结构单一，实验内容呆板，教学效果差的缺点。
32.本实施方案中的船体110的安装槽111的形状与型材单元120的外形相适配，型材单元120可插设于安装槽111中、并通过一连接件与船体110可拆卸连接。其中，船体110为整个船舶模型100的主体，型材单元120为该船舶模型100的主体的一部分，两者之间可拆卸连接，当连接时，型材单元120和船体110形成船舶模型100，当拆分时，可将型材单元120单独
拿出，便于模拟以及研究船舶模型100的剖面结构。
33.在一个优选的实施例中，如图3所示，型材单元120包括框体121和多个型材单体122，框体121插设于安装槽111中，多个型材单体122与框体121的内壁固定连接，框体121与安装槽111沿其长度方向滑动连接，以滑动至安装槽111的任意位置处，框体121经由连接件与船体110可拆卸连接。
34.其中，框体121用于与船体110连接，其内部安装的多个型材单体122是用于模拟船舶模型100，型材单体122的形状可采用如图6a、图6b、图6c和图6d中所示第一纵桁122a、第二纵桁122b、第三纵桁122c第四纵桁122d的形状，当然，在其它优选的实施例中，型材单体122的形状不受限制，以模拟船舶模型100的剖面结构为优。
35.需要说明的是，上述型材单体122是用于模拟船舶的甲板纵桁、船侧纵桁以及船底纵桁的结构。
36.在操作的过程中，通过拼接不同形状的型材单体122至框体121上，可自由组装所需的不同形状的船舶模型100的剖面结构，以研究出最适合的剖面结构以及组合，例如组成如图7、图8所示的型材单元120的结构。通过设计不同的型材单元120和不同型材单元120间距组合来改变船舶横剖面，从而改变船体110的安装槽111部位的跨中结构的剖面模数。
37.为了使框体121与船体110之间的连接更加稳定，如图4所示，框体121沿其延伸方向开设有多个限位槽121a，船体110沿其长度方向滑动连接有限位杆，限位杆与其中一限位槽121a滑动连接，限位杆可模拟船舶模型100的横向结构。
38.其中，框体121与船体110之间经由连接件可拆卸连接，在一个优选的实施例中，连接件包括一连接螺钉，框体121与船体110之间经由连接螺钉可拆卸连接。当然，在其它优选的实施例中连接件也可以采用其他形式的结构代替，例如卡扣等。
39.其中，为了便于组装不同的型材单元120，以测试出船舶模型100的剖面结构的最优选的方案，框体121和型材单元120也可以采用上述的连接件进行可拆卸连接。具体的，沿框体121的延伸方向依次开设有多个螺纹孔，型材单元120可以经由连接螺钉与任意一螺纹孔螺纹连接。
40.为了实现更多的组合方式，在一个优选的实施例中，型材单元120的数量为多个，多个型材单元120沿安装槽111的长度方向内置于安装槽111中。
41.为了便于型材单元120在安装槽111中滑动的过程中能够固定至安装槽111的任意位置，在一个优选的实施例中，如图5所示，还包括沿安装槽111的长度方向依次设置的多个限位件123，多个限位件123均包括滑块123a、弹簧123b和限位珠123c，滑块123a与船体110的安装槽111的内壁固定连接，滑块123a靠近型材单元120的一侧经由弹簧123b与限位珠123c连接，型材单元120的侧壁上开设有定位槽121c，型材单元120的定位槽121c可与任意一限位珠123c卡接。
42.其中，框体121的侧壁向外弯折形成一l型的滑槽121b，如图5所示，滑块123a与滑槽121b滑动连接。
43.当型材单元120滑动至安装槽111的预定位置时，限位珠123c顶在定位槽121c中，便于型材单元120与船体110之间的固定工作。
44.在一个优选的实施例中，施力组件200的施力端210均有两个，两个施力端210分别位于船体110的安装槽111的两侧，两个施力端210均包括螺杆211、顶板212、手轮213和门架
220，手轮213与螺杆211的一端固定连接，螺杆211的另一端与顶板212连接，螺杆211与门架220转动连接，顶板212与船体110抵接，通过手轮213的转动，带动螺杆211转动，并通过螺杆211与门架220之间的螺纹连接，带动顶板212挤压船体110，从而施加给船体110一外力。
45.为了便于船体110受到顶板212的压力分布均匀，在一个优选的实施例中，顶板212经由一力分配板与船体110抵接。其中，力分配板的面积大于顶板212的面积，通过增大与船体110的接触面，以使船体110的受力均匀。
46.为了便于控制施加给船体110的外力的大小，在一个优选的实施例中，施力端210还包括一力值显示器，力值显示器固定设于船体110的侧壁上，力值显示器的测量端设于顶板212与力分配板之间。
47.通过手轮213可调整载荷大小，观察与力传感器相连接的力值显示器，保证两端加载相等，此时船体110的中间的部分受力状态为纯弯曲。
48.在一个优选的实施例中，测力组件300包括应变片310、应变仪320以及计算机330，应变片310与船体110的外壁连接，应变片310与应变仪320电性连接，应变仪320与计算机330电性连接。
49.其中，应变片310的数量为多个，多个应变片310粘接于船体110的上。在使用的过程中，应变片310为一次性用品，在下一次测力工作中，将新的应变片310与应变仪320连接即可。当然，在其它优选的实施例中，上述测力组件300也可以采用其他形式的结构代替。
50.可以理解的是，上述应变片310、应变仪320均为本领域技术人员可以想到的结构，在此不再做过多的阐述和说明。
51.为了便于固定船体110和施力组件200，在一个优选的实施例中，还包括一底座400，两个门架220固定设于底座400上，底座400上固定连接有两个支座410，两个支座410与船体110的底部抵接，支座410的顶部固定连接有一滚珠，船体110的底部与滚珠滑动抵接。
52.在一个优选的实施例中，船体110的外板上标有刻度，用于记录型材的位置。
53.与现有技术相比：通过将现有的船舶模型100的一体式结构改为分体式结构，具体的，船舶模型100包括船体110和型材单元120，其中型材单元120可安装至船体110的任意位置处，型材单元120与船体110可拆卸连接，型材单元120可模拟船体110的剖面结构，单独将型材单元120拿出，便于观察、研究船体110的内部结构，通过可通过改变型材单元120的厚度、结构以及安装位置，便于模拟船体110的不同位置以及在不同型材下的受力试验，学生能自主参与设计船舶横剖面结构，在实验室内完成快速装配，更能激发学生的实验热情和学习兴趣，更利于学生对船体110的结构强度的理解，丰富了实验教学的内容，解决了传统船体梁模型结构单一，实验内容呆板，教学效果差的缺点。
54.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。