本发明涉及模型冰试验装置，尤其是一种模型冰力学性能测量装置及试验方法。
背景技术：
1、在极地冰区的科考等工作需要各种极地装备来提供人们航行、驻扎等条件，由于极地装备运行环境恶劣，给装备运行可靠性和安全保障带来了困难，需要装备设计人员对极地环境条件充分的研究条件下，进行装备的设计。科研工作者前期通常会借助冰环境模拟实验室对船舶破冰航行性能进行大量的试验研究工作，从中得到船舶与实际环境条件一致的航行性能参数。
2、在冰环境模拟实验室进行船舶破冰航行性能试验前，须在冰环境模拟实验室对所制得的冰层取样，对模型冰的弯曲强度、剪切强度等力学性能进行测量，确保证模型冰与现场冰满足一定的相似准则，从而保障冰环境模拟实验的准确性。
3、现有的进行模型冰力学性能进行测试，不同的力学性能采用不同的装置进行测量，增加了试验成本，另外，对冰的加载方式集中，使力学性能的测试精度较低，如测量弯曲性能时，弯曲分布不均匀，模型冰试样中部存在剪应力，所测弯曲强度不是纯弯曲下的强度。
技术实现思路
1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种模型冰力学性能测量装置及试验方法，从而采用同一个力学性能测量装置对模型冰进行多种力学性能的测量，降低试验成本，同时提高力学性能的测试精度以及测量效率。
2、本发明所采用的技术方案如下：
3、一种模型冰力学性能测量装置，
4、包括上支架和位于上支架下部的下支架，所述上支架上安装有电动推杆，还包括力传感器，所述电动推杆的活动端通过所述力传感器固定连接有上框架，所述上框架上滑动设置第一上辊轴和第二上辊轴，所述第一上辊轴和第二上辊轴相互平行；
5、所述下支架上固定安装有下框架，所述下框架上滑动设置有第一下辊轴和第二下辊轴，所述第一下辊轴和第二下辊轴相互平行，且与第一上辊轴的轴线方向一致；
6、第一下辊轴和第二下辊轴用于支撑模型冰的下表面，所述第一上辊轴和第二上辊轴在所述电动推杆的驱动下与模型冰的上表面作用，使模型冰受力产生形变；
7、还包括位移传感器，所述位移传感器用于测量第一上辊轴和第二上辊轴的位移变化。
8、还包括用于安装第一上辊轴的第一上辊轴座，以及用于安装第二上辊轴的第二上辊轴座，第一上辊轴座和第二上辊轴座滑动安装于所述上框架上，且滑动方向垂直于第一上辊轴的轴线。
9、还包括转动安装于所述上框架上的第一上丝杠和第二上丝杠，所述第一上丝杠与所述第一上辊轴座传动连接，用于驱动所述第一上辊轴座滑动，所述第二上丝杠与所述第二上辊轴座传动连接，用于驱动第二上辊轴座滑动。
10、还包括用于安装第一下辊轴的第一下辊轴座和用于安装第二下辊轴的第二下辊轴座，第一下辊轴座和第二下辊轴滑动安装于所述下框架上，且滑动方向垂直于第一下辊轴的轴线。
11、还包括转动安装于所述下框架上的第一下丝杠和第二下丝杠，所述第一下丝杠与所述第一下辊轴座传动连接，用于驱动所述第一下辊轴座滑动，所述第二下丝杠与所述第二下辊轴座传动连接，用于驱动第二下辊轴座滑动。
12、所述位移传感器为lvdt传感器，数量为两件，分别设置于下框架的两侧，所述lvdt传感器的轴向与所述电动推杆的活动端移动方向一致，所述lvdt传感器的外壳与所述下支架固定连接，所述上框架上设置有与所述lvdt传感器的探头对应的检测板，所述检测板带动所述lvdt传感器的探头移动，用于测量第一上辊轴和第二上辊轴的位移变化。
13、一种模型冰力学性能测量方法，利用上述模型冰力学性能测量装置，包括以下步骤：
14、调节装置：调节所述第一上辊轴、第二上辊轴、第一下辊轴和第二下辊轴的相对位置，其中第一上辊轴、第二上辊轴的水平中心距为l1；第一下辊轴和第二下辊轴的水平中心距为l2；
15、放置模型冰：在第一下辊轴和第二下辊轴上放置模型冰，模型冰的长度为l，宽度为w,厚度为h，模型冰的宽度方向和第一上辊轴的轴向一致；
16、冰样测试：启动电动推杆驱动所述第一上辊轴和第二上辊轴下降后与模型冰上表面接触后，继续向下移动使第一上辊轴和第二上辊轴对模型冰施加压力p，直至模型冰被压断，测量系统实时采集模型冰受力过程中力传感器与位移传感器的测量值；
17、数据处理：根据模型冰断裂前力传感器所测量得到的最大压力pmax，以及测量系统输出的测量位移lc，计算得到模型冰的力学性能数据。
18、当测量模型冰的弯曲强度和弯曲弹性模量时：
19、调节装置步骤中，第一上辊轴和第二上辊轴关于电动推杆轴线对称，第一下辊轴和第二下辊轴关于电动推杆轴线对称，且l1<l2，第一上辊轴与第一下辊轴之间的水平中心距为l3，第二上辊轴与第二下辊轴之间的水平中心距为l3；
20、弯曲强度为：
21、弯曲弹性模量为：
22、其中，pmax为模型冰断裂前力传感器所测量得到的最大压力，lc为测量系统输出的测量位移，l1为第一上辊轴和第二上辊轴的水平中心距，l2为第一下辊轴和第二下辊轴的水平中心距，l3为第一上辊轴与第一下辊轴之间的水平中心距，w为模型冰的宽度,h为模型冰的厚度。
23、当测量模型冰的剪切强度时：
24、调节装置步骤中，第二上辊轴与第一下辊轴之间的水平中心距为a，第一上辊轴与第二下辊轴之间的水平中心距为b，第一上辊轴与第二下辊轴分别位于电动推杆轴线两侧，且与电动推杆轴线的水平距离相等，同时l1＝l2，a>b；
25、剪切强度为：τ＝[(a-b)/(a+b)]×[pmax/(w×h)]
26、其中，pmax为模型冰断裂前力传感器所测量得到的最大压力，a为第二上辊轴与第一下辊轴之间的水平中心距，b为第一上辊轴与第二下辊轴之间的水平中心距，w为模型冰的宽度,h为模型冰的厚度。
27、当测量模型冰的断裂韧度时：
28、放置模型冰步骤之前，在模型冰上制作预制裂缝，预制裂缝位于下表面，深度为h，预制裂缝的深度方向沿模型冰的厚度方向，预制裂缝的长度方向与沿模型冰的宽度方向一致，且长度与模型冰的宽度尺寸相等；
29、调节装置步骤中，第二上辊轴与第一下辊轴之间的水平中心距为a，第一上辊轴与第二下辊轴之间的水平中心距为b，第一上辊轴与第二下辊轴分别位于电动推杆轴线两侧，且与电动推杆轴线的水平距离相等，同时l1＝l2，a>b，预制裂缝与电动推杆轴线重合；
30、断裂韧度为：
31、其中，pmax为模型冰断裂前力传感器所测量得到的最大压力，h为预制裂缝的深度，w为模型冰的宽度,h为模型冰的厚度，为应力无量纲因子。
32、本发明的有益效果如下：
33、本发明结构紧凑、合理，操作方便，将测量装置对模型冰的施加压力的位置设定为两个点位，改变装置与模型冰的上下表面接触点的位置，一方面可以测得冰样纯弯曲下的强度，另一方面采用同一台测量装置可实现弯曲、剪切强度以及断裂韧度等多种力学性能参数的测量，降低试验成本，同时提高力学性能的测试精度以及测量效率。
1.一种模型冰力学性能测量装置，其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种模型冰力学性能测量装置，其特征在于：还包括用于安装第一上辊轴(61)的第一上辊轴座(63)，以及用于安装第二上辊轴(62)的第二上辊轴座(64)，第一上辊轴座(63)和第二上辊轴座(64)滑动安装于所述上框架(5)上，且滑动方向垂直于第一上辊轴(61)的轴线。
3.如权利要求2所述的一种模型冰力学性能测量装置，其特征在于：还包括转动安装于所述上框架(5)上的第一上丝杠(65)和第二上丝杠(66)，所述第一上丝杠(65)与所述第一上辊轴座(63)传动连接，用于驱动所述第一上辊轴座(63)滑动，所述第二上丝杠(66)与所述第二上辊轴座(64)传动连接，用于驱动第二上辊轴座(64)滑动。
4.如权利要求1所述的一种模型冰力学性能测量装置，其特征在于：还包括用于安装第一下辊轴(71)的第一下辊轴座(73)和用于安装第二下辊轴(72)的第二下辊轴座(74)，第一下辊轴座(73)和第二下辊轴(72)滑动安装于所述下框架(8)上，且滑动方向垂直于第一下辊轴(71)的轴线。
5.如权利要求4所述的一种模型冰力学性能测量装置，其特征在于：还包括转动安装于所述下框架(8)上的第一下丝杠(75)和第二下丝杠(76)，所述第一下丝杠(75)与所述第一下辊轴座(73)传动连接，用于驱动所述第一下辊轴座(73)滑动，所述第二下丝杠(76)与所述第二下辊轴座(74)传动连接，用于驱动第二下辊轴座(74)滑动。
6.如权利要求1所述的一种模型冰力学性能测量装置，其特征在于：所述位移传感器(9)为lvdt传感器，数量为两件，分别设置于下框架(8)的两侧，所述lvdt传感器的轴向与所述电动推杆(3)的活动端移动方向一致，所述lvdt传感器的外壳与所述下支架(2)固定连接，所述上框架(5)上设置有与所述lvdt传感器的探头对应的检测板(93)，所述检测板(93)带动所述lvdt传感器的探头移动，用于测量第一上辊轴(61)和第二上辊轴(62)的位移变化。
7.一种模型冰力学性能测量方法，其特征在于：利用如权利要求1-6的任一所述模型冰力学性能测量装置，包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的模型冰力学性能测量方法，其特征在于：
9.如权利要求7所述的模型冰力学性能测量方法，其特征在于：
10.如权利要求7所述的模型冰力学性能测量方法，其特征在于：
