CN105620657A - 船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，包括位于该贯穿孔开口两侧的水平直线，位于左侧的直线端部连接第一弧线，第一弧线上端连接第二弧线，第二弧线上端连接上半腰圆，该上半腰圆的右下端连接第三圆弧，第三圆弧的下端连接第四圆弧，该第四圆弧另一端与贯穿孔开口右侧的直线连接，贯穿孔为非对称型孔。针对船用非对称骨材，降低孔边应力集中系数，提高船舶疲劳强度；对于裂纹经常出现在扶强材的焊趾根部，新式设计常采用去除扶强材的方法，但会引起孔边应力提高。采用此孔型可以在减少应力集中系数的同时减少应力集中点，满足新式设计要求，从而减少了疲劳源；孔型较现有新式孔型容易定位，加工方便。

Description

船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体是一种船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构。

背景技术

船舶中为了保证纵向骨材的连续性，需要对横向构件进行开孔。此类开孔具有数量多，工艺复杂的特点。传统的船体结构开孔主要有圆、椭圆、腰圆等孔型，传统开孔孔边应力集中程度较高。随着船舶大型化、超大型化的发展趋势，现有孔型已经不能满足未来船舶结构的发展需要。

对于此类骨材贯穿孔，其主要受到连接纵骨与横框架间焊缝传递的力，以及由水压等外载荷所引起的面内受力。通过改变开孔的几何形状，即采用流线型、适当增加过渡圆弧的曲率半径等办法优化开孔，可以达到降低最大孔边应力集中系数，提高疲劳强度的目的。

另据统计，船舶中70％疲劳裂纹出现在此类纵骨穿越横框架结构。对于最常出现裂纹的扶强材与骨材连接的焊趾根部，目前部分设计采用去除扶强材或者使扶强材与骨材无接触的方法来防止此类裂纹，但这样做会使得横框架与角钢间的焊缝受力增加，从而引起开孔处应力水平的上升。目前也有对此类骨材贯穿孔孔型进行优化设计的新孔型。但只有对T型材骨材贯穿孔的优化设计，由于T型材为对称结构，所以设计穿过舱壁板的开孔孔型也为左右对称，目前对于采用新式球扁钢穿过舱壁板的开孔孔型并无研究。而如果直接将新式T型材骨材开槽孔孔型使用到球扁钢，此类孔型未能充分考虑球扁钢非对称性的特点，存在应力相对过高，高应力集中点过多的特点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，包括位于该贯穿孔开口两侧的水平直线，位于左侧的直线端部连接第一弧线，第一弧线上端连接第二弧线，第二弧线上端连接上半腰圆，该上半腰圆的右下端连接第三圆弧，第三圆弧的下端连接第四圆弧，该第四圆弧另一端与贯穿孔开口右侧的直线连接，贯穿孔为非对称型孔。

进一步地，所述贯穿孔开口左侧的水平直线的长度l₃与左侧的水平直线的长度l₄相等。

进一步地，所述骨材为球扁钢，球扁钢上表面与贯穿孔开口两侧的水平直线之间的距离h₁＝1.5(b-R)，l₃＝l₄＝0.3(b-R)，其中b为球扁钢的宽度，R为球扁钢的球头半径，球扁钢高度为d。

进一步地，所述第四圆弧半径r₄与第一圆弧半径r₁满足r₁＝0.4(b-R)r₄＝1.8r₁，第二圆弧半径r₂与第三圆弧半径r₃满足r₂＝4(b-R)；r₃＝3(b-R)；r_y＝b-R，其中r_y为上半腰圆的腰圆半径。

进一步地，上半腰圆直线位于球扁钢上表面上方距离为h₂＝0.5r_y＝0.5(b-R)，所述上半腰圆圆心竖直位置位于距球扁钢上表面下方距离为h₂处，水平位置为距离骨材腹板两边各为l₁+t，l₂+t，其中，l₁、l₂为以贯穿孔下部开口的两边为基准往两边水平延伸的距离，l₂＝3l₁＝1.2(b-R)；其中b＝16mm～55mm，t为球扁钢腹板两边与贯穿孔下部开口的两边之间的距离。

进一步地，所述第一圆弧、第四圆弧的圆心与贯穿孔开口两侧的水平直线处于同一水平高度，第一圆弧弧度为θ₁＝150°，第四圆弧弧度为θ₂＝135°。

球扁钢腹板两边与贯穿孔下部开口的两边之间的距离t＝2mm。

有益效果：本发明的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，针对船用非对称骨材，降低孔边应力集中系数，提高船舶疲劳强度；对于裂纹经常出现在扶强材的焊趾根部，最直接的方法就是去除结构中的扶强材，但这样会使得开孔处的应力集中提高，通过新孔型可以保证此类设计的安全性；采用此孔型可以在减少应力集中系数的同时减少应力集中点，从而减少了疲劳源；孔型较现有新式孔型容易定位，加工方便。通过使用本孔型，可以降低开孔孔边应力集中程度，从而使板材的疲劳寿命更长，设计安全性更高。

附图说明

图1是本发明新孔型装配球扁钢未焊接前孔型示意图；

图2为船舶骨材穿过舱壁板装配固定的示意图；

图3是现有技术中船舶球扁钢开孔孔型示意图；

图4是现有技术中船舶角钢开孔孔型示意图；

图5现有技术中一新式船舶T型材骨材贯穿孔孔型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，一种船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，包括位于该贯穿孔开口两侧的水平直线，位于左侧的直线端部连接第一弧线，第一弧线上端连接第二弧线，第二弧线上端连接上半腰圆，该上半腰圆的右下端连接第三圆弧，第三圆弧的下端连接第四圆弧，该第四圆弧另一端与贯穿孔开口右侧的直线连接，贯穿孔为非对称型孔。贯穿孔开口左侧的水平直线的长度l₃与左侧的水平直线的长度l₄相等。

如图1、图2所示，当骨材为球扁钢时，球扁钢上表面与贯穿孔开口两侧的水平直线之间的距离h₁＝1.5(b-R)，l₃＝l₄＝0.3(b-R)，其中b为球扁钢的宽度，R为球扁钢的球头半径，球扁钢高度为d。第四圆弧半径r₄与第一圆弧半径r₁满足r₄＝2r₁＝0.8(b-R)，第二圆弧半径r₂与第三圆弧半径r₃满足r₂＝r₃＝3r_y＝3(b-R)，其中r_y为上半腰圆的腰圆半径。上半腰圆直线位于球扁钢上表面上方距离为h₂＝0.5r_y＝0.5(b-R)，所述上半腰圆圆心竖直位置位于距球扁钢上表面下方距离为h₂处，水平位置为距离骨材腹板两边各为l₁+t，l₂+t，其中，l₁、l₂为以贯穿孔下部开口的两边为基准往两边水平延伸的距离，l₂＝3l₁＝1.2(b-R)；其中b＝16mm～55mm，t为球扁钢腹板两边与贯穿孔下部开口的两边之间的距离，t＝2mm。

第一圆弧、第四圆弧的圆心与贯穿孔开口两侧的水平直线处于同一水平高度，第一圆弧弧度为θ₁＝150°，第四圆弧弧度为θ₂＝135°。

下表给出典型尺寸下球扁钢的此类开孔尺寸(单位：毫米)：

b	R	h1	h2	r1	r2	r3	ry	l1	l3	t
											16	2.5	3.37	10.12	2.7	27	20.25	6.75	2.7	2.02	2
30	5	6.25	18.75	5	50	37.5	12.5	5	3.75	2
											44	8	9	27	7.2	72	54	18	7.2	5.4	2
55	9.5	11.37	34.12	9.1	91	68.25	22.75	9.1	6.82	2

注：r₄＝1.8r₁，l₂＝3l₁，l₃＝l₄。实际工程应用中对于计算所得尺寸选取小数点前两位，根据实际情况可以有不同参数设计。

通过有限元软件，结合S-N曲线可以计算得出新式开孔相比较于原来孔型，其疲劳年限明显提高，通过与现有技术中各典型开孔经过计算对比可得，与图4所示开孔相比本新式开孔疲劳年限提高了一倍，与图5所示开孔相比本新开孔型疲劳年限提高了75％，通过与现有技术孔型对比可以发现新式开孔疲劳年限比现有孔型有明显的改善。对此，我们发现通过使用新孔型可以在保证经济性的前提下提高安全性。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：包括位于该贯穿孔开口两侧的水平直线，位于左侧的直线端部连接第一弧线，第一弧线上端连接第二弧线，第二弧线上端连接上半腰圆，该上半腰圆的右下端连接第三圆弧，第三圆弧的下端连接第四圆弧，该第四圆弧另一端与贯穿孔开口右侧的直线连接，贯穿孔为非对称型孔。

2.根据权利要求1所述的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：所述贯穿孔开口左侧的水平直线的长度l₃与左侧的水平直线的长度l₄相等。

3.根据权利要求1或2所述的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：所述骨材为球扁钢，球扁钢上表面与贯穿孔开口两侧的水平直线之间的距离h₁＝1.5(b-R)，l₃＝l₄＝0.3(b-R)，其中b为球扁钢的宽度，R为球扁钢的球头半径，球扁钢高度为d。

4.根据权利要求3所述的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：所述第四圆弧半径r₄与第一圆弧半径r₁满足r₁＝0.4(b-R)；r₄＝1.8r₁，第二圆弧半径r₂与第三圆弧半径r₃满足r₂＝4(b-R)；r₃＝3(b-R)；r_y＝(b-R)，其中r_y为上半腰圆的腰圆半径。

5.根据权利要求4所述的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：上半腰圆直线位于球扁钢上表面上方距离为h₂＝0.5r_y＝0.5(b-R)，所述上半腰圆圆心竖直位置位于距球扁钢上表面下方距离为h₂处，水平位置为距离骨材腹板两边各为l₁+t，l₂+t，其中，l₁、l₂为以贯穿孔下部开口的两边为基准往两边水平延伸的距离，l₂＝3l₁＝1.2(b-R)；其中b＝16mm～55mm，t为球扁钢腹板两边与贯穿孔下部开口的两边之间的距离。

6.根据权利要求5所述的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：所述第一圆弧、第四圆弧的圆心与贯穿孔开口两侧的水平直线处于同一水平高度，第一圆弧弧度为θ₁＝150°，第四圆弧弧度为θ₂＝135°。

7.根据权利要求5所述的船舶舱壁板的骨材贯穿孔孔型结构，其特征在于：球扁钢腹板两边与贯穿孔下部开口的两边之间的距离t＝2mm。