一种分段船模模态测量的试验装置及方法与流程

1.本发明涉及船舶与海洋工程模型试验测试技术领域，尤其是一种分段船模模态测量的试验装置及方法。


背景技术：

2.船体结构在空气中的模态测试是大型船舶与海洋结构物水池模型试验前必须进行的一项重要工作，是对其进行剖面载荷测试和水弹性分析的基础。由于大型舰船在缩比制作过程中，其结构的质量分布和刚度分布会有所变化，振动特性是其加工成败的决定因素，也是水池模型试验的重要参数。同时，相对于在水中测试模态参数，干结构模态测试是下水测试湿模态的紧前工作。假如干结构模态测试发现与换算前的舰船结构参数不一致或者偏差较大，因立即寻找原因，否则进行水池试验得到的结果也无法验证其准确性。
3.大型舰船由于尺度大、刚度小，易发生波激振动，其干结构振动测试往往需要考虑前若干阶模态，包括垂向弯曲、水平弯曲以及扭转，而悬吊点的位置是影响各阶模态测量结果的关键条件。在这种情况下，常规的做法是，根据数值建模，分析得到前若干阶振动模态，获得各阶的振动节点，在船舶模型起吊前大致量出节点位置。但是由于数值计算与实际制作模型之间存在误差，在寻找一次节点的过程中，需要多次尝试改变节点位置来测量相关参数，在每次更换起吊位置时，由于吊点的移动，绳索的松紧程度发生变化，会导致船舶起吊时的重心发生变化，不但影响正常模态测试结果，更有起吊倾覆的危险。除此之外，从两节点换成三节点和四节点的过程中，仍然需要多次尝试更换节点位置，费时费力。
4.同时，在测试完垂向弯曲后再测试水平弯曲和扭转，对于船模的起吊状态需要重新评估，特别是要测量船模水平弯曲时，其起吊姿态要求船模必须翻转90
°
，则船模里的仪器，压铁的固定是非常关键的因素，对于测量结果来讲，最佳方式是螺丝固定，但是不便于操作，另外的方式是高强胶水粘接；压铁一旦固定不牢，容易掉落或者振动，会影响测试结果，于是所有的测试条件均无效。然而，船模在水池中的测试工况较多，需要配置多种吃水和压载工况，即意味着压铁有不同的布置方案，那么在翻转后悬吊船模的干模态测试中，压铁的增加和减少将是工作量十分巨大的工作，且具有很大的不确定性。
5.另外，还有船模结构或者测量梁上多出位置布置有传感器及连接线等，不仅影响提供起吊穿线的位置，也不便更换吊点时的操作。


技术实现要素：

6.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种分段船模模态测量的试验装置及方法，从而在分段船模干结构模态测试的过程中避免寻找节点、重复卸载、起吊、调整船模起吊姿态，一次性测量分段船模干结构的二节点、三节点、四节点等弯曲参数，提高了工作效率的同时，避免危险因素和不确定因素。
7.本发明所采用的技术方案如下：
8.一种分段船模模态测量的试验装置，包括分段船模以及与分段船模匹配的悬浮支
座；
9.所述分段船模的结构为：包括依次并排设置的分段式船壳，每个分段式船壳内壁处沿船长方向间隔设置有多个肋位框架，肋位框架呈u形，单个肋位框架的两个端头通过横框架连接，每个横框架上部设置有固定基座，多个固定基座同时与沿船长方向设置的测量梁连接，肋位框架由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，
10.分段船模的艏部纵剖面处安装有第一船艏磁体，分段船模的尾部纵剖面处安装有第一船尾磁体，所述第一船艏磁体和第一船尾磁体均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理；
11.所述悬浮支座的结构为：包括架体，所述架体的内部空间与船模外部匹配，所述架体上沿船长方向间隔设置有多个船体磁体组件，每个船体磁体组件与肋位框架位置一一对应，
12.与第一船艏磁体对应的架体上设置第二船艏磁体组件，与第一船尾磁体对应的架体上设置第二船尾磁体组件；
13.当分段船模放置于悬浮支座的内部上方，使船体磁体组件与肋位框架的相对面磁极相同且正对，第一船艏磁体与第二船艏磁体组件的相对面磁极相同且正对，第一船尾磁体与第二船尾磁体组件的相对面磁极相同且正对，船体磁体组件、第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件产生的磁场分别与肋位框架、第一船艏磁体和第一船尾磁体产生的磁场相斥，将分段船模悬浮于悬浮支座内部上方。
14.其进一步技术方案在于：
15.单个船体磁体组件为分段式，包括分别位于沿船长方向两侧的船体磁体左段和船体磁体右段，船体磁体左段和船体磁体右段分别与肋位框架的两侧边对应，还包括位于悬浮支座底部的船体磁体中段，所述船体磁体中段与肋位框架的底边对应。
16.所述第二船艏磁体组件、第二船尾磁体组件、船体磁体左段、船体磁体右段和船体磁体中段的结构相同；
17.船体磁体中段的结构为：包括管状结构的开口槽，所述开口槽一侧与架体连接，所述开口槽的一端通过固定限位板封闭，所述开口槽内部安装有内部磁体，所述内部磁体为钕铁硼永磁体；
18.所述开口槽的另一端开口处对称设置有活动限位板，所述活动限位板通过弹性元件与开口槽内壁连接，两个活动限位板在弹性元件的作用下将开口槽开口处封闭使内部磁体被限位于开口槽内部；
19.所述第二船艏磁体组件的固定限位板、第二船尾磁体组件的固定限位板均位于开口槽的下部。
20.所述开口槽侧壁设置有沿开口槽长度方向的观察通孔。
21.内部磁体为多个首尾相接的块状结构。
22.所述架体为内部空间与船模外部匹配的壳状结构，所述架体外表面安装第二船艏磁体组件、第二船尾磁体组件和船体磁体组件。
23.所述架体为用于制作船舶模型的阴模外壳，所述阴模外壳通过目标船模的型线制作而成的阳模所翻制而成。
24.所述架体为框架结构，包括与肋位框架对应的多个第一胎架结构、与第一船艏磁
体对应的第二胎架结构和与第一船尾磁体对应的第三胎架结构，
25.所述第一胎架结构、第二胎架结构、第三胎架结构通过连接件连接后形成框架结构；
26.所述第一胎架结构的外侧安装有船体磁体组件，所述第一胎架结构外侧安装有第二船艏磁体组件，所述第三胎架结构外侧安装有第二船尾磁体组件。
27.一种分段船模模态测量的方法，包括以下步骤：
28.测试前准备：
29.制作分段船模以及与分段船模匹配的悬浮支座，悬浮支座上设置有将分段船模悬浮于其内部上方的第二船艏磁体组件、第二船尾磁体组件以及船体磁体组件，
30.分段船模的肋位框架由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，同时肋位框架与船体磁体组件对应，分段船模的艏部纵剖面处和尾部纵剖面处分别安装有第一船艏磁体和第一船尾磁体，第一船艏磁体和第一船尾磁体均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，第一船艏磁体和第一船尾磁体分别与第二船艏磁体组件、第二船尾磁体组件对应；
31.放置分段船模：
32.在船体磁体组件、第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件不在悬浮支座处产生磁场的情况下，将分段船模置于悬浮支座内部；
33.悬浮起分段船模：
34.船体磁体组件、第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件均为管状结构的开口槽内部装有内部磁体的组合结构，内部磁体的材质为钕铁硼永磁体，
35.放置分段船模完成后，将内部磁体插入开口槽，使分段船模在悬浮支座内悬浮起来，并检测确认分段船模的每个部位均脱离悬浮支座；
36.干模态试验：
37.分段船模悬浮起后，
38.在分段船模的船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击测量梁，采集信号测试垂向弯曲模态参数，
39.在分段船模船艏或船艉用力锤进行水平方向敲击测量梁，采集信号测试水平弯曲模态参数，
40.在分段船模船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击船舷最外侧，利用测量梁采集信号测试扭转模态参数；
41.分段船模去悬浮：
42.取出开口槽内部磁体，
43.去除悬浮支座船体磁体组件、第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件对应位置的磁性，使得分段船模稳步下降至悬浮支座内不再悬浮，完成测量工作。
44.其进一步技术方案在于：
45.单个船体磁体组件为分段式，包括分别位于沿船长方向两侧的船体磁体左段和船体磁体右段，船体磁体左段和船体磁体右段分别与肋位框架的两侧边对应，还包括位于悬浮支座底部的船体磁体中段，所述船体磁体中段与肋位框架的底边对应；
46.悬浮起分段船模步骤中：插入内部磁体的顺序为，先插入第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件处的内部磁体，然后插入船体磁体左段和船体磁体右段处的内部磁体，最
后插入船体磁体中段处的内部磁体；
47.分段船模去悬浮步骤中：取出内部磁体的顺序为，先取出船体磁体中段处的内部磁体，然后取出船体磁体左段和船体磁体右段处的内部磁体，最后取出第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件处的内部磁体。
48.本发明的有益效果如下：
49.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在分段船模下方设置悬浮支座，同时在分段船模的船艏艉以及对肋位的位置设置同极相对的磁体，使悬浮支座对分段船模的外部产生均匀的反推力，在克服分段船模重力的同时对分段船模的四周限制使得分段船模不会发生水平位移，将分段船模悬浮于悬浮支座的内部上方，从而在进行船模干结构模态测试时，避免采用悬挂方式使分段船模处于与外部构件接触的状态，避免寻找弯曲节点以及多次重复卸载、起吊，避免调整船模起吊姿态，一次性实现分段船模的无干扰悬浮，可以一次性测量分段船模干结构的二节点、三节点、四节点等弯曲参数，可以不调整状态即能测试水平弯曲及扭转模态参数，快速、准确地获取模态特性，提高了工作效率的同时，避免了多次起吊中的危险因素和不确定因素。
50.同时，本发明还存在如下优势：
51.(1)船体磁体组件采用分段式，使其在满足对肋位框架处的斥力的同时节省材料、便于磁体结构设计制造。
52.(2)内部磁体为多个首尾相接的块状结构的钕铁硼永磁体，该结构的内部磁体便于制作，多个块状结构在具有一定曲率的开口槽中拼接形成具有一定曲率要求的磁体，降低制造难度和成本。
53.(3)将阴膜外壳作为架体，在阴模外壳外部加装开口槽，利用阴模外壳与分段船模完美的贴合度，也便于外部开口槽的设计制作，同时架体在承载分段船模时的效果更好，也使得阴膜外壳得到再利用，实现节约成本提质增效的目的。
54.(4)分段船模模态测量的方法中，插入内部磁体的顺序以分段船模为基准来说，顺序为先船艏尾，然后两侧，最后船底；取出内部磁体的顺序以分段船模为基准来说，顺序为先船底部，然后两侧，最后船艏尾，用于保证分段船模的稳步悬浮和去悬浮。
附图说明
55.图1为本发明的分段船模与分段式船壳的结构示意图(实施例一、二)。
56.图2为图1的侧视图(剖视)。
57.图3为图2中a处局部放大图。
58.图4为本发明船体磁体中段与架体的连接示意图。
59.图5为本发明分段船模与悬浮支座磁体的相对面正对时的工作原理图。
60.图6为本发明船体磁体中段的结构示意图。
61.图7为本发明的分段船模与分段式船壳的结构示意图(实施例三)。
62.图8为图7的侧视图(剖视)。
63.其中：1、分段船模；
64.11、分段式船壳；12、第一船艏磁体；13、肋位框架；14、测量梁；15、固定基座；16、加速度传感器；17、第一船尾磁体；18、横框架；
65.2、悬浮支座；
66.21、架体；2101、第一胎架结构；2102、第二胎架结构；2103、第三胎架结构；2104、连接件；22、第二船艏磁体组件；23、船体磁体组件；231、船体磁体左段；232、船体磁体右段；233、船体磁体中段；23301、开口槽；23302、观察通孔；23303、内部磁体；23304、固定限位板；23305、弹性元件；23306、活动限位板；24、万向轮；27、第二船尾磁体组件。
具体实施方式
67.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
68.如图1-图2所示，实施例一的分段船模模态测量的试验装置，包括分段船模1以及与分段船模1匹配的悬浮支座2。在试验时，悬浮支座2使分段船模1处于悬浮状态。
69.分段船模1的结构为：包括依次并排设置的分段式船壳11，每个分段式船壳11内壁处沿船长方向间隔设置有多个肋位框架13，肋位框架13呈u形，单个肋位框架13的两个端头通过横框架18连接，每个横框架18上部设置有固定基座15，多个固定基座15同时与沿船长方向设置的测量梁14连接，肋位框架13由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理。为了在试验过程中采集测试分段船模1悬浮状态下的振动频率和模态振型，一般在测量梁14上布设加速度传感器16，多个加速度传感器16对应于分段船模1开口处的测量梁14上端表面。
70.分段船模1的艏部纵剖面处安装有第一船艏磁体12，分段船模1的尾部纵剖面处安装有第一船尾磁体17，第一船艏磁体12和第一船尾磁体17均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理。
71.分段式船壳11通过玻璃钢敷层制成，根据测试需求分段设计，肋位框架13、第一船艏磁体12和第一船尾磁体17与分段式船壳11通过多层玻璃钢粘贴的方式连接，肋位框架13与横框架18之间通过粘接或者铆接的方式连接，横框架18、固定基座15以及测量梁14之间的连接方式可以采用焊接。肋位框架13、第一船艏磁体12和第一船尾磁体17不仅作为分段式船壳11的骨架，还具有磁性。肋位框架13、第一船艏磁体12和第一船尾磁体17制作中采用的钕铁硼永磁体是根据分段船模1及其配载的重量计算得出的，钕铁硼永磁体的磁力一般是与其体积成正比的。在计算钕铁硼永磁体尺寸时，应充分估计到分段船模1内所有物件(包括组成分段船模1的构件以及测量仪器等)的总重量，根据力的平衡原理，钕铁硼永磁体产生的磁力应大于分段船模1内所有物件的总重量，并取1.5倍的安全系数。根据设计所需的结构以及磁场分布给钕铁硼永磁铁充磁保证磁极的指向方向符合要求。
72.钕铁硼永磁体可以制作为单面磁体，表面镀锌处理。
73.悬浮支座2的结构为：包括架体21，架体21的内部空间与船模外部匹配，架体21上沿船长方向间隔设置有多个船体磁体组件23，每个船体磁体组件23与肋位框架13位置一一对应。
74.与第一船艏磁体12对应的架体21上设置第二船艏磁体组件22，与第一船尾磁体17对应的架体21上设置第二船尾磁体组件27。
75.船体磁体组件23、第一船尾磁体17和第二船尾磁体组件27为具有磁性的构件，布置于架体21上并产生于分段船模1对应的磁场后，使悬浮支座2内的分段船模1处于悬浮状态。该处所指磁性的构件可以为永磁性也可以为电磁性。
76.当分段船模1放置于悬浮支座2的内部上方，使船体磁体组件23与肋位框架13的相
对面磁极相同且正对，第一船艏磁体12与第二船艏磁体组件22的相对面磁极相同且正对，船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27产生的磁场分别与肋位框架13、第一船艏磁体12和第一船尾磁体17产生的磁场相斥，将分段船模1悬浮于悬浮支座2内部上方。如图5所示，上部代表分段船模的磁体，下部代表悬浮支座2的磁体，两者相对面磁极为n极并正对，当然也相对面也可以均为s极。
77.分段船模1肋位框架13与悬浮支座2的船体磁体组件23相互作用，可以产生垂向和水平力，使得分段船模1被托起后在船宽度方向不会发生水平位移；分段船模1的第一船艏磁体12、第一船尾磁体17分别与悬浮支座2的第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27相对，主要用于限制分段船模1在船长度方向不发生水平位移，从而使得分段船模1在悬浮支座2内部上方达到悬浮平衡。
78.通过在分段船模1下方设置悬浮支座2，同时在分段船模1的船艏艉以及对肋位的位置设置同极相对的磁体，使悬浮支座2对分段船模1的外部产生均匀的反推力，在克服分段船模1重力的同时对分段船模1的四周限制使得分段船模1不会发生水平位移，将分段船模1悬浮于悬浮支座2的内部上方，从而在进行船模干结构模态测试时，避免采用悬挂方式使分段船模1处于与外部构件接触的状态，避免寻找弯曲节点以及多次重复卸载、起吊，避免调整船模起吊姿态，一次性实现分段船模1的无干扰悬浮，可以一次性测量分段船模1干结构的二节点、三节点、四节点等弯曲参数，可以不调整状态即能测试水平弯曲及扭转模态参数，快速、准确地获取模态特性，提高了工作效率的同时，避免了多次起吊中的危险因素和不确定因素。
79.为了保证分段船模1以及悬浮支座2产生的磁场相互作用时不与各自构件作用，影响悬浮作用力的方向，在分段船模1以及悬浮支座2的选材上可以做出进一步改进，尽量选用非导磁材料。分段船模1中的横框架18、固定基座15和测量梁14等可以采用铝、铝合金或奥氏体不锈钢等材料，悬浮支座2的架体21选用非导磁材料，根据结构形式具体选择材料。
80.为了便于悬浮支座2的移动，可以在悬浮支座2下部设置万向轮24。
81.如图2所示，单个船体磁体组件23为分段式，包括分别位于沿船长方向两侧的船体磁体左段231和船体磁体右段232，船体磁体左段231和船体磁体右段232分别与肋位框架13的两侧边对应，还包括位于悬浮支座2底部的船体磁体中段233，船体磁体中段233与肋位框架13的底边对应。
82.船体磁体组件23采用分段式，使其在满足对肋位框架13处的斥力的同时节省材料、便于磁体结构设计制造。
83.如图3-图4、图6所示，第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27、船体磁体左段231、船体磁体右段232和船体磁体中段233的结构相同。
84.船体磁体中段233的结构为：包括管状结构的开口槽23301，开口槽23301一侧与架体21连接，开口槽23301的一端通过固定限位板23304封闭，开口槽23301内部安装有内部磁体23303，内部磁体23303为钕铁硼永磁体。
85.具体设置内部磁体23303为钕铁硼永磁体，为第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27、船体磁体左段231、船体磁体右段232和船体磁体中段233提供磁性，减少因为选用电磁性构件所需要布置的线路及相关电控装置，内部磁体23303具体结构以及对应开口槽23301的管状结构与分段船模1对应的位置结构相适应。
86.开口槽23301的另一端开口处对称设置有活动限位板23306，活动限位板23306通过弹性元件23305与开口槽23301内壁连接，两个活动限位板23306在弹性元件23305的作用下将开口槽23301开口处封闭使内部磁体23303被限位于开口槽23301内部。
87.弹性元件23305为高分子橡胶制成的直角簧片或者其它可将活动限位板23306回弹的非导磁材料的弹性体。将内部磁体23303从开口槽23301的另一端开口处插入时，弹性元件23305受挤压后向内打开，当内部磁体23303完全进入开口槽23301内部后，弹性元件23305不再受到挤压并恢复初始状态，两个活动限位板23306将将开口槽23301开口处封闭。试验结束后，推动活动限位板23306进入开口槽23301内部一定角度后，使内部磁体23303可以完全取出。
88.开口槽23301的材质为非导磁材料，其管状结构可以是开口槽23301构件的管状结构，也可以为开口槽23301长度方向开口处与架体21的连接面组合后形成管状结构，管状结构的开口槽23301主要用于装载内部磁体23303。
89.第二船艏磁体组件22的固定限位板23304、第二船尾磁体组件27的固定限位板23304均位于开口槽23301的下部。
90.如图3所示，开口槽23301侧壁设置有沿开口槽23301长度方向的观察通孔23302，可以方便看到开口槽23301中内部磁体23303位置及状态。
91.如图3所示，内部磁体23303为多个首尾相接的块状结构的钕铁硼永磁体。该结构的内部磁体23303便于制作，多个块状结构在具有一定曲率的开口槽23301中拼接形成具有一定曲率要求的磁体，降低制造难度和成本。
92.如图1-图2所示，实施例二的分段船模模态测量的试验装置，在实施例一的基础上，设置架体21为内部空间与船模外部匹配的壳状结构，架体21外表面安装第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27和船体磁体组件23。分段式船模1置于架体21的内部空间后，架体21内部空间和分段船模1的间隙大于等于零。
93.壳状结构的架体21，可以为专门制作的与分段船模1匹配的壳体，如采用热塑橡胶的方式制作而成，当分段船模1吊装至外壳上，通过加热软化后贴至分段船模1上，可以对任意船模外形进行贴合，待冷却后在分段船模1外部粘贴开口槽23301。待试验结束后，再次将壳状结构软化后塌落成常规的形状。
94.另外，壳状结构的架体21可以为用于制作船舶模型的阴模外壳，阴模外壳通过目标船模的型线制作而成的阳模所翻制而成。
95.阴模外壳1一般采用玻璃钢材料，由于船舶模型往往都是只做一条用于相关试验性能分析，阴模外壳完成船壳型线定型后就随之丢弃，阴模利用率极低。将阴膜外壳作为架体21，在阴模外壳外部加装开口槽23301，一般采用粘贴的方式，现利用阴模外壳与分段船模1完美的贴合度，也便于外部开口槽23301的设计制作，同时架体21在承载分段船模1时的效果更好，也使得阴膜外壳得到再利用，实现节约成本提质增效的目的。开口槽23301以及固定限位板23304、活动限位板23306的材质可以选用玻璃钢。
96.如图7-图8所示，实施例三的分段船模模态测量的试验装置，在实施例一的基础上，架体21为框架结构，包括与肋位框架13对应的多个第一胎架结构2101、与第一船艏磁体12对应的第二胎架结构2102和与第一船尾磁体17对应的第三胎架结构2103，第一胎架结构2101、第二胎架结构2102、第三胎架结构2103通过连接件2104连接后形成框架结构。
97.框架结构可以为一体式框架结构，也可以为分体式框架结构，原则是框架结构为船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27提供安装基础。
98.第一胎架结构2101的外侧安装有船体磁体组件23，第一胎架结构2101外侧安装有第二船艏磁体组件22，第三胎架结构2103外侧安装有第二船尾磁体组件27。第一胎架结构2101的外侧是相对于靠近分段式船模1部位而言，面向分段式船模1的一侧为内侧，背离分段式船模1的一侧为外侧。框架结构的架体21材质可以选用铝、铝合金或奥氏体不锈钢等材料，开口槽23301以及固定限位板23304、活动限位板23306的材质可以对应选用铝、铝合金或奥氏体不锈钢等材料，使开口槽23301便于安装于架体21上。
99.实施例四的分段船模模态测量的方法，包括以下步骤：
100.测试前准备：制作分段船模1以及与分段船模1匹配的悬浮支座2，悬浮支座2上设置有将分段船模1悬浮于其内部上方的第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27以及船体磁体组件23，分段船模1的肋位框架13由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，同时肋位框架13与船体磁体组件23对应，分段船模1的艏部纵剖面处和尾部纵剖面处分别安装有第一船艏磁体12和第一船尾磁体17，第一船艏磁体12和第一船尾磁体17均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，第一船艏磁体12和第一船尾磁体17分别与第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27对应。在测量梁14上布设加速度传感器16，并连接测试数据处理设备。
101.放置分段船模1：在船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27不在悬浮支座2处产生磁场的情况下，将分段船模1置于悬浮支座2内部。
102.悬浮起分段船模1：船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27均为管状结构的开口槽23301内部装有内部磁体23303的组合结构，内部磁体23303的材质为钕铁硼永磁体，内部磁体23303可以为多个首尾相接的块状结构组成。放置分段船模1完成后，将内部磁体23303插入开口槽23301，使分段船模1在悬浮支座2内悬浮起来，并检测确认分段船模1的每个部位均脱离悬浮支座2。
103.干模态试验：分段船模1悬浮起后，在分段船模1的船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击测量梁14，采集信号测试垂向弯曲模态参数；在分段船模1船艏或船艉用力锤进行水平方向敲击测量梁14，采集信号测试水平弯曲模态参数；在分段船模1船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击船舷最外侧，利用测量梁14采集信号测试扭转模态参数。
104.分段船模1去悬浮：取出开口槽23301内部磁体23303，去除悬浮支座2船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27对应位置的磁性，使得分段船模1稳步下降至悬浮支座2内不再悬浮，完成测量工作。
105.以上分段船模模态测量的方法，搭建全新的悬浮式船模干结构模态测试系统，不需要寻找弯曲节点，不需要考虑弹性绳松紧，不需要将船模多次重复卸载、起吊，只需在悬浮支座2的开口槽23301中插入内部磁体23303便能使得分段船模1在悬浮支座2内实现悬浮，可以一次性测量干结构的垂向二节点、三节点、四节点等弯曲参数，同时可以测试水平弯曲和扭转等弯曲参数，精确、快速地获取模态特性。
106.实施例五的分段船模模态测量的方法，包括以下步骤：
107.测试前准备：制作分段船模1以及与分段船模1匹配的悬浮支座2，悬浮支座2上设置有将分段船模1悬浮于其内部上方的第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27以及船体磁体组件23，分段船模1的肋位框架13由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，同时肋位框
架13与船体磁体组件23对应，分段船模1的艏部纵剖面处和尾部纵剖面处分别安装有第一船艏磁体12和第一船尾磁体17，第一船艏磁体12和第一船尾磁体17均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，第一船艏磁体12和第一船尾磁体17分别与第二船艏磁体组件22、第二船尾磁体组件27对应。在测量梁14上布设加速度传感器16，并连接测试数据处理设备。
108.如图2、图8所示，单个船体磁体组件23为分段式，包括分别位于沿船长方向两侧的船体磁体左段231和船体磁体右段232，船体磁体左段231和船体磁体右段232分别与肋位框架13的两侧边对应，还包括位于悬浮支座2底部的船体磁体中段233，船体磁体中段233与肋位框架13的底边对应；
109.放置分段船模1：在船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27不在悬浮支座2处产生磁场的情况下，将分段船模1置于悬浮支座2内部。
110.悬浮起分段船模1：船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27均为管状结构的开口槽23301内部装有内部磁体23303的组合结构，内部磁体23303的材质为钕铁硼永磁体，内部磁体23303可以为多个首尾相接的块状结构组成。放置分段船模1完成后，将内部磁体23303插入开口槽23301，使分段船模1在悬浮支座2内悬浮起来，并检测确认分段船模1的每个部位均脱离悬浮支座2。
111.插入内部磁体23303的顺序为，先插入第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27处的内部磁体23303，然后插入船体磁体左段231和船体磁体右段232处的内部磁体23303，最后插入船体磁体中段233处的内部磁体23303。
112.干模态试验：分段船模1悬浮起后，在分段船模1的船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击测量梁14，采集信号测试垂向弯曲模态参数；在分段船模1船艏或船艉用力锤进行水平方向敲击测量梁14，采集信号测试水平弯曲模态参数；在分段船模1船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击船舷最外侧，利用测量梁14采集信号测试扭转模态参数。
113.分段船模1去悬浮：取出开口槽23301内部磁体23303，去除悬浮支座2船体磁体组件23、第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27对应位置的磁性，使得分段船模1稳步下降至悬浮支座2内不再悬浮，完成测量工作。
114.取出内部磁体23303的顺序为，先取出船体磁体中段233处的内部磁体23303，然后取出船体磁体左段231和船体磁体右段232处的内部磁体23303，最后取出第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27处的内部磁体23303。
115.以上分段船模模态测量的方法中，插入内部磁体23303的顺序以分段船模1为基准来说，顺序为先船艏尾，然后两侧，最后船底；取出内部磁体23303的顺序以分段船模1为基准来说，顺序为先船底部，然后两侧，最后船艏尾，用于保证分段船模1的稳步悬浮和去悬浮。
116.为了进一步保证操作过程中分段船模的稳定性，悬浮起分段船模1中：插入船体磁体左段231和船体磁体右段232处的内部磁体23303时，可以对同一肋位处的船体磁体左段231和船体磁体右段232同时操作，同时可以按照以中部的船体磁体右段232为中心对称操作；插入船体磁体左段231和船体磁体右段232处的内部磁体23303时，两处同时操作；插入船体磁体中段233处的内部磁体23303时，沿船长方向从一端至另一端依次进行。
117.为了进一步保证操作过程中分段船模的稳定性，分段船模1去悬浮中：取出船体磁体中段233处的内部磁体23303时，沿船长方向从一端至另一端依次进行；取出船体磁体左
段231和船体磁体右段232处的内部磁体23303时，以对同一肋位处的船体磁体左段231和船体磁体右段232同时操作，同时可以按照以中部的船体磁体右段232为中心对称操作；取出第二船艏磁体组件22和第二船尾磁体组件27处的内部磁体23303时，两处同时操作。
118.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：包括分段船模(1)以及与分段船模(1)匹配的悬浮支座(2)；所述分段船模(1)的结构为：包括依次并排设置的分段式船壳(11)，每个分段式船壳(11)内壁处沿船长方向间隔设置有多个肋位框架(13)，肋位框架(13)呈u形，单个肋位框架(13)的两个端头通过横框架(18)连接，每个横框架(18)上部设置有固定基座(15)，多个固定基座(15)同时与沿船长方向设置的测量梁(14)连接，肋位框架(13)由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，分段船模(1)的艏部纵剖面处安装有第一船艏磁体(12)，分段船模(1)的尾部纵剖面处安装有第一船尾磁体(17)，所述第一船艏磁体(12)和第一船尾磁体(17)均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理；所述悬浮支座(2)的结构为：包括架体(21)，所述架体(21)的内部空间与船模外部匹配，所述架体(21)上沿船长方向间隔设置有多个船体磁体组件(23)，每个船体磁体组件(23)与肋位框架(13)位置一一对应，与第一船艏磁体(12)对应的架体(21)上设置第二船艏磁体组件(22)，与第一船尾磁体(17)对应的架体(21)上设置第二船尾磁体组件(27)；当分段船模(1)放置于悬浮支座(2)的内部上方，使船体磁体组件(23)与肋位框架(13)的相对面磁极相同且正对，第一船艏磁体(12)与第二船艏磁体组件(22)的相对面磁极相同且正对，第一船尾磁体(17)与第二船尾磁体组件(27)的相对面磁极相同且正对，船体磁体组件(23)、第二船艏磁体组件(22)和第二船尾磁体组件(27)产生的磁场分别与肋位框架(13)、第一船艏磁体(12)和第一船尾磁体(17)产生的磁场相斥，将分段船模(1)悬浮于悬浮支座(2)内部上方。2.如权利要求1所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：单个船体磁体组件(23)为分段式，包括分别位于沿船长方向两侧的船体磁体左段(231)和船体磁体右段(232)，船体磁体左段(231)和船体磁体右段(232)分别与肋位框架(13)的两侧边对应，还包括位于悬浮支座(2)底部的船体磁体中段(233)，所述船体磁体中段(233)与肋位框架(13)的底边对应。3.如权利要求2所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：所述第二船艏磁体组件(22)、第二船尾磁体组件(27)、船体磁体左段(231)、船体磁体右段(232)和船体磁体中段(233)的结构相同；船体磁体中段(233)的结构为：包括管状结构的开口槽(23301)，所述开口槽(23301)一侧与架体(21)连接，所述开口槽(23301)的一端通过固定限位板(23304)封闭，所述开口槽(23301)内部安装有内部磁体(23303)，所述内部磁体(23303)为钕铁硼永磁体；所述开口槽(23301)的另一端开口处对称设置有活动限位板(23306)，所述活动限位板(23306)通过弹性元件(23305)与开口槽(23301)内壁连接，两个活动限位板(23306)在弹性元件(23305)的作用下将开口槽(23301)开口处封闭使内部磁体(23303)被限位于开口槽(23301)内部；所述第二船艏磁体组件(22)的固定限位板(23304)、第二船尾磁体组件(27)的固定限位板(23304)均位于开口槽(23301)的下部。4.如权利要求3所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：所述开口槽(23301)侧壁设置有沿开口槽(23301)长度方向的观察通孔(23302)。5.如权利要求3所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：内部磁体
(23303)为多个首尾相接的块状结构。6.如权利要求1-5任意一项所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：所述架体(21)为内部空间与船模外部匹配的壳状结构，所述架体(21)外表面安装第二船艏磁体组件(22)、第二船尾磁体组件(27)和船体磁体组件(23)。7.如权利要求6所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：所述架体(21)为用于制作船舶模型的阴模外壳，所述阴模外壳通过目标船模的型线制作而成的阳模所翻制而成。8.如权利要求1-5任意一项所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：所述架体(21)为框架结构，包括与肋位框架(13)对应的多个第一胎架结构(2101)、与第一船艏磁体(12)对应的第二胎架结构(2102)和与第一船尾磁体(17)对应的第三胎架结构(2103)，所述第一胎架结构(2101)、第二胎架结构(2102)、第三胎架结构(2103)通过连接件(2104)连接后形成框架结构；所述第一胎架结构(2101)的外侧安装有船体磁体组件(23)，所述第一胎架结构(2101)外侧安装有第二船艏磁体组件(22)，所述第三胎架结构(2103)外侧安装有第二船尾磁体组件(27)。9.一种分段船模模态测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：测试前准备：制作分段船模(1)以及与分段船模(1)匹配的悬浮支座(2)，悬浮支座(2)上设置有将分段船模(1)悬浮于其内部上方的第二船艏磁体组件(22)、第二船尾磁体组件(27)以及船体磁体组件(23)，分段船模(1)的肋位框架(13)由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，同时肋位框架(13)与船体磁体组件(23)对应，分段船模(1)的艏部纵剖面处和尾部纵剖面处分别安装有第一船艏磁体(12)和第一船尾磁体(17)，第一船艏磁体(12)和第一船尾磁体(17)均由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，第一船艏磁体(12)和第一船尾磁体(17)分别与第二船艏磁体组件(22)、第二船尾磁体组件(27)对应；放置分段船模(1)：在船体磁体组件(23)、第二船艏磁体组件(22)和第二船尾磁体组件(27)不在悬浮支座(2)处产生磁场的情况下，将分段船模(1)置于悬浮支座(2)内部；悬浮起分段船模(1)：船体磁体组件(23)、第二船艏磁体组件(22)和第二船尾磁体组件(27)均为管状结构的开口槽(23301)内部装有内部磁体(23303)的组合结构，内部磁体(23303)的材质为钕铁硼永磁体，放置分段船模(1)完成后，将内部磁体(23303)插入开口槽(23301)，使分段船模(1)在悬浮支座(2)内悬浮起来，并检测确认分段船模(1)的每个部位均脱离悬浮支座(2)；干模态试验：分段船模(1)悬浮起后，在分段船模(1)的船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击测量梁(14)，采集信号测试垂向弯曲模态参数，
在分段船模(1)船艏或船艉用力锤进行水平方向敲击测量梁(14)，采集信号测试水平弯曲模态参数，在分段船模(1)船艏或船艉用力锤进行垂直方向敲击船舷最外侧，利用测量梁(14)采集信号测试扭转模态参数；分段船模(1)去悬浮：取出开口槽(23301)内部磁体(23303)，去除悬浮支座(2)船体磁体组件(23)、第二船艏磁体组件(22)和第二船尾磁体组件(27)对应位置的磁性，使得分段船模(1)稳步下降至悬浮支座(2)内不再悬浮，完成测量工作。10.如权利要求9所述的一种分段船模模态测量的试验装置，其特征在于：单个船体磁体组件(23)为分段式，包括分别位于沿船长方向两侧的船体磁体左段(231)和船体磁体右段(232)，船体磁体左段(231)和船体磁体右段(232)分别与肋位框架(13)的两侧边对应，还包括位于悬浮支座(2)底部的船体磁体中段(233)，所述船体磁体中段(233)与肋位框架(13)的底边对应；悬浮起分段船模(1)步骤中：插入内部磁体(23303)的顺序为，先插入第二船艏磁体组件(22)和第二船尾磁体组件(27)处的内部磁体(23303)，然后插入船体磁体左段(231)和船体磁体右段(232)处的内部磁体(23303)，最后插入船体磁体中段(233)处的内部磁体(23303)；分段船模(1)去悬浮步骤中：取出内部磁体(23303)的顺序为，先取出船体磁体中段(233)处的内部磁体(23303)，然后取出船体磁体左段(231)和船体磁体右段(232)处的内部磁体(23303)，最后取出第二船艏磁体组件(22)和第二船尾磁体组件(27)处的内部磁体(23303)。

技术总结
一种分段船模模态测量的试验装置及方法，分段船模的肋位框架由钕铁硼永磁体制成并进行加磁处理，分段船模的艏部纵剖面处安装有第一船艏磁体，分段船模的尾部安装有第一船尾磁体，悬浮支座架体的内部空间与船模外部匹配，架体上设置有多个船体磁体组件，每个船体磁体组件与肋位框架位置一一对应，架体上还有分别与第一船尾磁体和与第一船艏磁体对应的第二船艏磁体组件和第二船尾磁体组件；悬浮支架上磁体所产生的磁场将分段船模悬浮于悬浮支座内部上方，从而在测试的过程中避免寻找节点、重复卸载、起吊、调整船模起吊姿态，一次性测量分段船模干结构的二节点、三节点、四节点等弯曲参数，提高了工作效率的同时，避免危险因素和不确定因素。和不确定因素。和不确定因素。


技术研发人员：陆晔 丁峰 李立业 王思雨 陈彧超 魏子阳 倪歆韵 苗玉基 王琦彬 许凌云 谢春梅 屈毫拓 杨伟楠 肖峰 叶永林
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/5/5