船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船舶技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶中為了保證縱向骨材的連續(xù)性，需要對橫向構(gòu)件進行開孔。此類開孔具有數(shù) 量多，工藝復雜的特點。傳統(tǒng)的船體結(jié)構(gòu)開孔主要有圓、橢圓、腰圓等孔型，傳統(tǒng)開孔孔邊應(yīng) 力集中程度較高。隨著船舶大型化、超大型化的發(fā)展趨勢，現(xiàn)有孔型已經(jīng)不能滿足未來船舶 結(jié)構(gòu)的發(fā)展需要。
[0003] 對于此類骨材貫穿孔，其主要受到連接縱骨與橫框架間焊縫傳遞的力，以及由水 壓等外載荷所引起的面內(nèi)受力。通過改變開孔的幾何形狀，即采用流線型、適當增加過渡圓 弧的曲率半徑等辦法優(yōu)化開孔，可以達到降低最大孔邊應(yīng)力集中系數(shù)，提高疲勞強度的目 的。
[0004] 另據(jù)統(tǒng)計，船舶中70%疲勞裂紋出現(xiàn)在此類縱骨穿越橫框架結(jié)構(gòu)。對于最常出現(xiàn) 裂紋的扶強材與骨材連接的焊趾根部，目前部分設(shè)計采用去除扶強材或者使扶強材與骨材 無接觸的方法來防止此類裂紋，但這樣做會使得橫框架與角鋼間的焊縫受力增加，從而引 起開孔處應(yīng)力水平的上升。目前也有對此類骨材貫穿孔孔型進行優(yōu)化設(shè)計的新孔型。但只 有對T型材骨材貫穿孔的優(yōu)化設(shè)計，由于T型材為對稱結(jié)構(gòu)，所以設(shè)計穿過艙壁板的開孔孔 型也為左右對稱，目前對于采用新式球扁鋼穿過艙壁板的開孔孔型并無研究。而如果直接 將新式T型材骨材開槽孔孔型使用到球扁鋼，此類孔型未能充分考慮球扁鋼非對稱性的特 點，存在應(yīng)力相對過高，高應(yīng)力集中點過多的特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種船舶艙壁板的骨材 貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)。
[0006] 技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié) 構(gòu)，包括位于該貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線，位于左側(cè)的直線端部連接第一弧線，第一弧線 上端連接第二弧線，第二弧線上端連接上半腰圓，該上半腰圓的右下端連接第三圓弧，第三 圓弧的下端連接第四圓弧，該第四圓弧另一端與貫穿孔開口右側(cè)的直線連接，貫穿孔為非 對稱型孔。
[0007] 進一步地，所述貫穿孔開口左側(cè)的水平直線的長度I3與左側(cè)的水平直線的長度I4 相等。
[0008] 進一步地，所述骨材為球扁鋼，球扁鋼上表面與貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線之間 的距離Iu = 1.5(b-R)，I3 = I4 = 0.3(b-R)，其中b為球扁鋼的寬度，R為球扁鋼的球頭半徑， 球扁鋼高度為d。
[0009] 進一步地，所述第四圓弧半徑r4與第一圓弧半徑:τι滿足ri = 0.4(b-R)r4= 1.8ri，第 二圓弧半徑：Γ2與第三圓弧半徑r3滿足r2 = 4(b-R) ;r3 = 3(b-R) ;ry = b-R，其中ry為上半腰圓 的腰圓半徑。
[00?0] 進一步地，上半腰圓直線位于球扁鋼上表面上方距離為112 = 0.55 = 0.5(13-1〇，所 述上半腰圓圓心豎直位置位于距球扁鋼上表面下方距離為匕處，水平位置為距離骨材腹板 兩邊各為li+t，l2+t，其中，I 1、I2為以貫穿孔下部開口的兩邊為基準往兩邊水平延伸的距 離，h = 31i = l .2(b-R);其中b = 16mm~55mm，t為球扁鋼腹板兩邊與貫穿孔下部開口的兩邊 之間的距離。
[0011] 進一步地，所述第一圓弧、第四圓弧的圓心與貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線處于同 一水平高度，第一圓弧弧度為θι=150°，第四圓弧弧度為θ 2 = 135°。
[0012] 球扁鋼腹板兩邊與貫穿孔下部開口的兩邊之間的距離t = 2mm。
[0013] 有益效果:本發(fā)明的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，針對船用非對稱骨材，降 低孔邊應(yīng)力集中系數(shù)，提高船舶疲勞強度;對于裂紋經(jīng)常出現(xiàn)在扶強材的焊趾根部，最直接 的方法就是去除結(jié)構(gòu)中的扶強材，但這樣會使得開孔處的應(yīng)力集中提高，通過新孔型可以 保證此類設(shè)計的安全性;采用此孔型可以在減少應(yīng)力集中系數(shù)的同時減少應(yīng)力集中點，從 而減少了疲勞源;孔型較現(xiàn)有新式孔型容易定位，加工方便。通過使用本孔型，可以降低開 孔孔邊應(yīng)力集中程度，從而使板材的疲勞壽命更長，設(shè)計安全性更高。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明新孔型裝配球扁鋼未焊接前孔型示意圖；
[0015] 圖2為船舶骨材穿過艙壁板裝配固定的示意圖；
[0016] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中船舶球扁鋼開孔孔型示意圖；
[0017] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中船舶角鋼開孔孔型示意圖；
[0018] 圖5現(xiàn)有技術(shù)中一新式船舶T型材骨材貫穿孔孔型示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0020] 如圖1至圖3所示，一種船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，包括位于該貫穿孔開 口兩側(cè)的水平直線，位于左側(cè)的直線端部連接第一弧線，第一弧線上端連接第二弧線，第二 弧線上端連接上半腰圓，該上半腰圓的右下端連接第三圓弧，第三圓弧的下端連接第四圓 弧，該第四圓弧另一端與貫穿孔開口右側(cè)的直線連接，貫穿孔為非對稱型孔。貫穿孔開口左 側(cè)的水平直線的長度I 3與左側(cè)的水平直線的長度I4相等。
[0021] 如圖1、圖2所示，當骨材為球扁鋼時，球扁鋼上表面與貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線 之間的距離Iu=IA(Id-R)，l3 = l4 = 0.3(b-R)，其中b為球扁鋼的寬度，R為球扁鋼的球頭半 徑，球扁鋼高度為d。第四圓弧半徑r4與第一圓弧半徑^滿足r4 = 2n = 0.8(b-R)，第二圓弧 半徑^與第三圓弧半徑^滿足^=^ = 3巧=3(13-1〇，其中巧為上半腰圓的腰圓半徑。上半腰 圓直線位于球扁鋼上表面上方距離為h2 = 0.5ry = 0.5(b-R)，所述上半腰圓圓心豎直位置位 于距球扁鋼上表面下方距離為^處，水平位置為距離骨材腹板兩邊各為h+t，l 2+t，其中， li、h為以貫穿孔下部開口的兩邊為基準往兩邊水平延伸的距離，I2 = Sl1 = Hb-R);其中 b = 16mm~55mm，t為球扁鋼腹板兩邊與貫穿孔下部開口的兩邊之間的距離，t = 2mm。
[0022] 第一圓弧、第四圓弧的圓心與貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線處于同一水平高度，第 一圓弧弧度為S1=ISiT，第四圓弧弧度為02 = 135°。
[0023]下表給出典型尺寸下球扁鋼的此類開孔尺寸(單位:毫米）：
[0025] 注:r4=l. 8η，12 = 31^13 = 14。實際工程應(yīng)用中對于計算所得尺寸選取小數(shù)點前 兩位，根據(jù)實際情況可以有不同參數(shù)設(shè)計。
[0026] 通過有限元軟件，結(jié)合S-N曲線可以計算得出新式開孔相比較于原來孔型，其疲勞 年限明顯提高，通過與現(xiàn)有技術(shù)中各典型開孔經(jīng)過計算對比可得，與圖4所示開孔相比本新 式開孔疲勞年限提高了一倍，與圖5所示開孔相比本新開孔型疲勞年限提高了75 %，通過與 現(xiàn)有技術(shù)孔型對比可以發(fā)現(xiàn)新式開孔疲勞年限比現(xiàn)有孔型有明顯的改善。對此，我們發(fā)現(xiàn) 通過使用新孔型可以在保證經(jīng)濟性的前提下提高安全性。
[0027] 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括位于該貫穿孔開口兩側(cè) 的水平直線，位于左側(cè)的直線端部連接第一弧線，第一弧線上端連接第二弧線，第二弧線上 端連接上半腰圓，該上半腰圓的右下端連接第三圓弧，第三圓弧的下端連接第四圓弧，該第 四圓弧另一端與貫穿孔開口右側(cè)的直線連接，貫穿孔為非對稱型孔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述貫穿孔 開口左側(cè)的水平直線的長度13與左側(cè)的水平直線的長度14相等。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述骨 材為球扁鋼，球扁鋼上表面與貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線之間的距離出=1.5(13-1〇，1 3=14 = 0.3(b-R)，其中b為球扁鋼的寬度，R為球扁鋼的球頭半徑，球扁鋼高度為d。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第四圓 弧半徑Γ4與第一圓弧半徑ri滿足ri = 0.4(b_R) ;r4= 1.8ri，第二圓弧半徑Γ2與第三圓弧半徑 Γ3滿足r2 = 4(b-R) ;r3 = 3(b-R) ;ry=(b-R)，其中ry為上半腰圓的腰圓半徑。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:上半腰圓直 線位于球扁鋼上表面上方距離為h2 = 0.5ry = 0.5(b-R)，所述上半腰圓圓心豎直位置位于距 球扁鋼上表面下方距離為匕處，水平位置為距離骨材腹板兩邊各為h+t，l 2+t，其中，h、12為 以貫穿孔下部開口的兩邊為基準往兩邊水平延伸的距離，12 = 3^ = 1.2(13-10;其中b=16mm ~55mm，t為球扁鋼腹板兩邊與貫穿孔下部開口的兩邊之間的距離。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一圓 弧、第四圓弧的圓心與貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線處于同一水平高度，第一圓弧弧度為Θ: = 150°，第四圓弧弧度為θ2=135°。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，其特征在于:球扁鋼腹板 兩邊與貫穿孔下部開口的兩邊之間的距離t = 2mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶艙壁板的骨材貫穿孔孔型結(jié)構(gòu)，包括位于該貫穿孔開口兩側(cè)的水平直線，位于左側(cè)的直線端部連接第一弧線，第一弧線上端連接第二弧線，第二弧線上端連接上半腰圓，該上半腰圓的右下端連接第三圓弧，第三圓弧的下端連接第四圓弧，該第四圓弧另一端與貫穿孔開口右側(cè)的直線連接，貫穿孔為非對稱型孔。針對船用非對稱骨材，降低孔邊應(yīng)力集中系數(shù)，提高船舶疲勞強度；對于裂紋經(jīng)常出現(xiàn)在扶強材的焊趾根部，新式設(shè)計常采用去除扶強材的方法，但會引起孔邊應(yīng)力提高。采用此孔型可以在減少應(yīng)力集中系數(shù)的同時減少應(yīng)力集中點，滿足新式設(shè)計要求，從而減少了疲勞源；孔型較現(xiàn)有新式孔型容易定位，加工方便。
【IPC分類】B63B3/34, B63B3/56
【公開號】CN105620657
【申請?zhí)枴緾N201510903762
【發(fā)明人】尹群, 程遙, 劉昆, 王興, 彭丹丹, 傅杰, 王哲, 高明星
【申請人】江蘇科技大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月9日