中南大学姚术健获国家专利权
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龙图腾网获悉中南大学申请的专利一种高速入水冲击试验系统及试验方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120274997B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-16发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510740744.5,技术领域涉及:G01M10/00;该发明授权一种高速入水冲击试验系统及试验方法是由姚术健;王延靖;孙洪吉;鲁寨军;田岚仁;刘凯设计研发完成,并于2025-06-05向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种高速入水冲击试验系统及试验方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种高速入水冲击试验系统及试验方法。所述试验系统包括二氧化碳相变加速模块和试验结构组件,试验结构组件包括气缸、活塞杆组件、电磁吸盘、配重限位板;试验水箱内的试验结构体落区安装压力传感器、高速摄影机,二氧化碳相变加速模块内安装温度传感器;初始状态时,电磁吸盘将配重限位板、活塞杆组件、试验结构体固定在初始位置;试验开始且试验结构体未入水时,配重限位板、活塞杆组件、试验结构体一起向下加速运动,直至试验结构体加速至目标速度;试验结构体入水时,气缸内气体卸压并停止对试验结构体的加速,试验结构体以目标速度落入试验水箱的水体内。本发明不需要较高的入水高度即可实现结构高速入水。
本发明授权一种高速入水冲击试验系统及试验方法在权利要求书中公布了:1.一种高速入水冲击试验系统,包括试验台架和试验水箱,所述试验台架架设在所述试验水箱上方,所述试验台架上安装二氧化碳相变加速模块和试验结构组件,其特征在于, 所述二氧化碳相变加速模块用于通过二氧化碳相变产生高压二氧化碳混合气,所述二氧化碳相变加速模块包括至少一个相变管和均压室,各所述相变管按时间次序与所述均压室连通; 所述试验结构组件包括: 气缸,其内部安装活塞杆组件,所述活塞杆组件包括活塞和推杆,所述活塞将气缸内腔沿气缸轴向分为第一腔和第二腔,所述第一腔与所述二氧化碳相变加速模块的均压室出气口连接,所述第二腔内安装所述推杆,所述推杆的一端连接活塞,另一端从所述第二腔伸出并连接试验结构体; 电磁吸盘,用于固定试验结构体的初始位置; 配重限位板,滑动安装于所述推杆上,并与所述电磁吸盘吸合,且所述配重限位板上设置用于安装配重的配重安装区; 导轨,安装在所述试验台架上,所述配重限位板滑动安装于所述导轨上; 所述试验水箱内的试验结构体落区附近安装用于监测试验水箱内水压力变化的压力传感器和用于监测试验结构体入水速度、落水角度、水下运动过程试验结构体表面变化情况的高速摄影机,所述二氧化碳相变加速模块内安装温度传感器,用于监测高压二氧化碳混合气温度; 初始状态时,所述电磁吸盘将所述配重限位板、活塞杆组件、试验结构体固定在初始位置; 试验开始后且试验结构体未入水时,在所述二氧化碳相变加速模块输出气体作用下,所述配重限位板、活塞杆组件、试验结构体一起向下加速运动,直至所述试验结构体加速至目标速度; 试验结构体入水时,所述气缸内气体卸压并停止对试验结构体的加速,所述试验结构体以目标速度落入所述试验水箱的水体内,同时所述压力传感器监测所述试验结构体入水时的水体压力,所述高速摄影机监测所述试验结构体入水速度、落水角度及试验结构体表面变化情况; 所述二氧化碳相变加速模块的相变管数量及多根相变管释放时间间隔的确定方法为: 1)根据试验结构体的实际入水速度需求,计算气缸内所需的高压二氧化碳混合气压力,其中: 气缸内压力、气缸内径尺寸、气缸有效作动行程、试验结构体的入水速度之间的关系如下: 式中为活塞杆组件、角度调节螺栓、配重限位板的质量总和,单位为kg,为试验结构体的质量,单位为kg;为气缸内径,单位;为气缸内t时刻压强,单位为;为气缸有效作动行程,单位为m;g为重力加速度,单位为; 2)计算单个相变管与均压室连通时,均压室内的压力: 已知气缸半径为,试验体的重量为,压强作用面半径为,均压室体积为,试验体有效行程为,摩擦系数为,垂直加速角度为时,单根相变管做功能量与均压室内空气初始能量之和等于相变管内液态二氧化碳能量、试验体动能以及试验结构体重力势能之和: 式中,为均压室内工质能量,J;为试验体运动速度,ms;为重力加速度,ms²;h为试验结构体运动高度,m;为均压室内空气初始能量,J;为单根相变管释放气体进入均压室的能量,J; 式中,为均压室内空气质量,;为均压室内空气初始焓值,为空气的摩尔体积,为空气的摩尔质量; 试验体运动加速度: 式中,是时刻均压室内的压力,;是均压室内空气初始压力,即大气压力,;为90°; 3)计算个相变管以一定的间隔时序依次与均压室连通时,均压室内的压力: 均压室内二氧化碳能量: 式中,是时刻进入均压室的第1根相变管做功能量,是时刻进入均压室的第2根相变管做功能量,是时刻进入均压室的第根相变管做功能量; 单个相变管释放的二氧化碳能量是一个的时间序列: 式中,是单个相变管释放能量的时间,为时刻释放的能量,为时刻释放的能量,是二氧化碳能量序列的时间步长,即相变管释放时间间隔,为时刻释放的能量; 假设有个相变管以的时序依次释放工质到均压室,总做功能量的时间序列为: 单个相变管释放的二氧化碳质量看作一个的时间序列: 式中,是单个相变管(12)释放的二氧化碳质量,是单个相变管(12)释放能量的时间,为时刻释放的二氧化碳质量,为时刻释放的能量,是二氧化碳质量序列的时间步长(即相变管释放时间间隔),为时刻释放的二氧化碳质量; 个相变管以的时序依次释放二氧化碳到低压室,总二氧化碳质量的时间序列为: , 式中,是t0时刻进入均压室的相变管二氧化碳质量,是时刻进入均压室的相变管二氧化碳质量,是时刻进入均压室的相变管二氧化碳质量; 求得时刻均压室内空气的密度和时刻从相变管进入均压室的二氧化碳的密度后,结合试验体运动方程,进而得到个相变管与均压室连通时,均压室内的压力; 4)具体计算时,不断假设相变管数量及相变管释放时间间隔进行计算,通过一步步迭代计算,获得到一个预期的压力值、速度值、位移值,再根据试验所需的试验体入水速度要求对应的气缸内高压二氧化碳混合气压力要求,确定试验所需的二氧化碳相变加速模块的相变管数量及多根相变管释放时间间隔。
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