用于模拟不同刚度植物的复合材料杆及其组成的消浪模型

摘要

本发明公开了一种可用于模拟不同刚度植物的复合材料杆，其包括长条状的外层弹性杆，所述外层弹性杆内部镶嵌有贯穿其上下两个端面的长条状的内层弹性杆，这样可以通过调整内层弹性杆的尺寸得到不同刚度值的、能模拟植物的复合杆；还包括一种植物消浪模型，其包括模拟海岸形状的底座以及安装在底座上的多根长度一样的复合材料杆，所述复合材料杆成排均匀分布在底座上，模拟出不同刚度值的复合材料杆并模拟出植物，可以满足植物消浪物理模型研究对试验材料的需要，也适用于研究类似的植物水流问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料杆，特别是涉及一种用于模拟不同刚度植物的复合材料杆及其组成的消浪模型。

背景技术

沿海及河口地区一般都是经济社会高度发达的地区，也是最具发展潜力的地区，在国家或区域经济社会发展中举足轻重；而该地区受洪水和台风暴潮影响频繁，屡屡成灾并造成重大损失。在海堤外滩种植生物防浪林，形成柔性的生物消浪体系，能够使波浪在到达堤前得到最大程度的消减，降低波浪的冲击力，减轻对大堤的危害，并能降低波浪在大堤上的爬高和越浪量，进而可降低海堤堤顶高程，这样既能提高海堤的安全性，又能合理减少工程投资。在2004年12月的印度洋地区海啸灾难中，泰国拉廊红树林自然保护区在茂密的红树林保护之下，岸边房屋完好无损，居民生活未受太大影响，而与它相距仅70km、没有红树林保护的地区，村庄、民宅都被夷为平地，70％居民遇难。

虽然人们已经认识到植物消浪的巨大作用，但是目前对于机理性质的研究还比较少，例如不同刚度的植物对消浪产生效果到底有何不同，这种研究就显得十分必要。

目前对不同刚度植物对消浪效果影响的相关研究在国内外很少见，一个重要原因是缺乏有效模拟的试验材料。水利工程及海洋工程对于机理性质的研究往往借助于物理模型试验，即通过按照原型建筑物的大小制作一定缩放比例的模型来对原型进行模拟，这样就需要有具有量化刚度值的不同材料杆来模拟原型防浪林的树干，试验中还必须要求这些不同刚度的材料杆具有相同的截面形状（粗细）及高度。因需要具有相同的截面形状（粗细）及高度，如果材料为单一均质材料，这样就需要设计不同高分子特性的材料，以便得到不同刚度值，但是这种开发是极为困难的，目前很难实现。因此，为了研究该问题，科学家们在试验研究中仅能做一些定性的研究，如采用鹅毛、竹杆、塑料杆等材料表示不同刚度的材料。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种用于模拟不同刚度植物的复合材料杆。

还提供一种由复合材料杆组成的消浪模型。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种可用于模拟不同刚度植物的复合材料杆，其包括长条状的外层弹性杆，所述外层弹性杆内部镶嵌有贯穿其上下两个端面的长条状的内层弹性杆。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外层弹性杆的中心轴线与内层弹性杆的中心轴线重合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外层弹性杆的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或者菱形中的一种，所述内层弹性杆的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或者菱形中的一种。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述外层弹性杆为高弹性硅胶杆，所述内层弹性杆为高弹性塑料杆。

还包括一种植物消浪模型，其包括模拟海岸形状的底座以及安装在底座上的多根长度一样的复合材料杆，所述复合材料杆成排均匀分布在底座上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述复合材料杆内的外层弹性杆的截面形状大小均一致。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外层弹性杆的截面形状为圆形，所述外层弹性杆的直径为10毫米，所述内层弹性杆的截面形状为圆形，所述内层弹性杆的截面的直径为1毫米、2毫米、3毫米、4毫米或5毫米中的一种。

本发明的有益效果是：本发明通过在外层弹性杆内部镶嵌有贯穿其上下两个端面的长条状的内层弹性杆，这样可以通过调整内层弹性杆的尺寸得到不同刚度值的、能模拟植物的复合杆；本发明还通过在底座设置多种长度一样的复合材料杆，通过设置截面形状大小均一致的外层弹性杆、截面大小不一致的内层弹性杆，模拟出不同刚度值的复合材料杆并模拟出植物，可以满足植物消浪物理模型研究对试验材料的需要，也适用于研究类似的植物水流问题。

附图说明

下面结合附图及实例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中复合材料杆的结构示意图；

图2是本发明中消浪模型的俯视图；

图3是本发明中消浪模型的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的应用。

参照图1，用于模拟不同刚度植物的复合材料杆，其包括长条状的外层弹性杆1，所述外层弹性杆1内部镶嵌有贯穿其上下两个端面的长条状的内层弹性杆2 。

进一步作为优选的实施方式，所述外层弹性杆1的中心轴线与内层弹性杆2的中心轴线重合。

进一步作为优选的实施方式，所述外层弹性杆1的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或者菱形中的一种，所述内层弹性杆2的截面形状为圆形、椭圆形、矩形或者菱形中的一种。

进一步作为优选的实施方式，所述外层弹性杆1为高弹性硅胶杆，所述内层弹性杆2为高弹性塑料杆。

参照图2~图3，一种消浪模型，其包括模拟海岸形状的底座3以及安装在底座3上的多根长度一样的复合材料杆，所述复合材料杆成排均匀分布在底座3上。

进一步作为优选的实施方式，所述复合材料杆内的外层弹性杆1的截面形状大小均一致。

进一步作为优选的实施方式，所述外层弹性杆1的截面形状为圆形，所述外层弹性杆1的直径为10毫米，所述内层弹性杆2的截面形状为圆形，所述内层弹性杆2的截面的直径为1毫米、2毫米、3毫米、4毫米或5毫米中的一种。

通过在底座设置多种长度一样的复合材料杆，通过设置截面形状大小均一致的外层弹性杆1、截面大小不一致的内层弹性杆2，模拟出不同刚度值的复合材料杆并模拟出植物，可以满足植物消浪物理模型研究对试验材料的需要，也适用于研究类似的植物水流问题。

下面以截面为圆形的作为本发明的一个实施例：

在截面及高度相同的高弹性硅胶的外层弹性杆1中，插入不同直径的圆形高弹性塑料的内层弹性杆2（如TPE（Thermoplastic Elastomer）这种高弹性的塑料杆）。这样复合材料杆的外形是由截面及高度相同外层弹性杆1来控制的，而形成不同刚度则是由不同直径的圆形高内层弹性杆2来控制的，通过变化高弹性塑料杆的直径可以使复合材料杆得到不同的刚度值。

为此，本发明特制作了5个不同刚度的复合材料杆例子，采用结构力学中的悬臂梁计算公式计算了各复合材料杆的弹性模量参数，定量测定了不同材料杆群的刚度。经测定，新型复合材料杆完全可以满足植物消浪物理模型研究对试验材料的需要，也适用于研究类似的植物水流问题。

悬臂梁计算公式：E=FL3/(3uI)    (1)

其中 ： E为弹性模量，单位为pa；

u为偏移距离，单位为m；

F为施加的横向拉力荷载，单位N；

I为惯性矩，对于圆形，I=πd4/64；

L为圆棒长度，单位为m。

经测量计算，得到不同刚度复合材料杆的弹性模量如下表1所示。

表1  不同材料硅胶杆抗弯弹性模量测试结果

 

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。