CN106523889B - 一种最优剖面形状及尺寸的t型材设计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计，T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、T型材的面板的宽度f、T型材的腹板的高度d、T型材的面板的平均厚度tmean、T型材的面板的转圆半径r、T型材的面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：f＝d*0.25+10、ttotal＝(f/2‑t/2‑2*r)*tan(θ)+2*r/cos(θ)+r或ttotal＝(f/2‑t/2‑2*r)*tan(θ)+2*r/cos(θ)、θ≈20°、tmean＝(ttotal+r)/2。本发明的T型材在同等结构重量下具有最佳的力学性能，其中包括最佳的抗屈服、抗扭转、抗屈曲和耐疲劳性能，剖面形状最优，而且满足目前的CSR‑H规范以及各国船级社关于型材尺寸的最新要求。

Description

一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计
技术领域
本发明涉及T型材的技术领域，尤其涉及一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计。
背景技术
目前最常用的轧制型材是球扁钢和日本角钢。前者的型材规格尺寸略多，但是达到同样力学性能要求的型材重量偏重，部分高强度钢型材不能满足CSR-H规范关于屈曲强度的要求，抗疲劳性能略差。后者在剖面尺寸方面虽然较为优化，但是型材规格偏少，部分型材不能满足CSR-H规范关于屈曲强度和最小板厚的要求，抗疲劳性能和抗屈曲性能也比较差。
前苏联曾经制定过一种双球头球扁钢的标准。满足该标准的双球头球扁钢具有较佳的力学性能，但存在着轧制工艺相对复杂，规格尺寸不多，部分型材尺寸不满足CSR-H规范关于屈曲强度和最小板厚的要求的问题。
正因为以上型材在应用方面存在各种技术缺陷，所以较多船厂都是自己切割、打磨和组装设计师设计的T型材。T型材的力学性能和优化度取决于设计师的设计水平，具有一定的偶然性。而且T型材面板和腹板的切割、打磨、焊接和油漆都耗费了大量的人工成本、机械损耗成本、场地成本和进度成本。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，包括：T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、所述T型材的所述面板的宽度f、所述T型材的腹板的高度d、所述T型材的所述面板的平均厚度tmean、所述T型材的所述面板的转圆半径r、所述T型材的所述面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：
Figure GDA0002812961080000021
一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，包括：T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、所述T型材的所述面板的宽度f、所述T型材的腹板的高度d、所述T型材的所述面板的平均厚度tmean、所述T型材的所述面板的转圆半径r、所述T型材的所述面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：
Figure GDA0002812961080000022
上述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，所述T型材的所述面板的转圆半径r与所述T型材的所述腹板的高度d之间具有如下函数关系：
Figure GDA0002812961080000023
上述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，所述面板的上翼板恒与所述面板的两侧的圆弧相切，所述面板的下翼板恒与所述面板的两侧的圆弧相切。
上述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，所述面板的所述下翼板与水平面的夹角角度θ的正负误差不大于2度。
上述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，适用于所述面板和所述腹板整体轧制的T型材。
上述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中，适用于所述面板和所述腹板分别独立轧制的T型材。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是
(1)本发明的T型材在同等结构重量下具有最佳的力学性能，其中包括最佳的抗屈服、抗扭转、抗屈曲和耐疲劳性能，剖面形状最优，而且满足目前的CSR-H规范以及各国船级社关于型材尺寸的最新要求。
(2)本发明提出了最优剖面形状及尺寸的T型材整体设计方案和T型材面板设计方案，给出了一系列具体的特征参数和函数表达式。
附图说明
图1是本发明的面板和腹板整体轧制的T型钢的示意图。
图2是本发明的面板和腹板独立轧制的T型钢的示意图。
附图中：θ、T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度；f、T型材的面板的宽度；d、T型材的腹板的高度；tmean、T型材的面板的平均厚度；r、T型材的面板的转圆半径；ttotal、T型材的面板的总高度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例一：面板和腹板整体轧制的T型钢
图1是本发明的面板和腹板整体轧制的T型钢的示意图，请参见图1所示，示出了一种较佳实施例的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其中T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、所述T型材的所述面板的宽度f、所述T型材的腹板的高度d、所述T型材的所述面板的平均厚度tmean、所述T型材的所述面板的转圆半径r、所述T型材的所述面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：
Figure GDA0002812961080000041
此外，作为较佳的实施例中，面板的下翼板与水平面的夹角角度θ的正负误差不大于2度。
下面详细说明本函数的使用方法：
请参见图1所示，示出了一种DHP400T型材，DHP400T型材的整体概貌轮廓介于普通的T型材和双球头球扁钢之间。DHP400T型材的腹板高度d为400mm，根据腹板高度d计算相应的DHP400T型材的其他轮廓参数：
1、根据关系式(1)可以得到面板宽度f约为400*0.25+10＝110mm。
2、根据关系式(5)可得，面板转圆半径r约为8.5mm。
3、根据关系式(3)、(4)、(5)和图1可得，ttotal＝(f/2-t/2-2*r)*tan(θ)+2*r/cos(θ)+r≈38.6mm，而进一步根据关系式(2)，可得tmean≈23.6mm。
4、根据工厂工艺需要略微调整面板下翼板与水平夹角角度θ，因此将面板平均厚度tmean取为23.5mm，面板总高度ttotal取为38.5mm。
进一步，作为较佳的实施例中，能够根据上述的函数使用方法推断出一系列不同腹板高度d的T型材，具体参数请参见表一和表二所示，该T型材具有最优的抗屈服、抗扭转、抗屈曲和耐疲劳性能，具有最优的剖面形状，而且满足目前的CSR-H规范以及各国船级社关于T型材尺寸的最新要求。
表一
Figure GDA0002812961080000051
表二
Figure GDA0002812961080000061
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
实施例二：面板和腹板独立轧制的T型钢
图2是本发明的面板和腹板独立轧制的T型钢的示意图，请参见图2所示，示出了另一种较佳实施例的面板和腹板分别独立轧制的T型钢。由于整体式T型材的轧制工艺较为复杂，因此设计一种T型材面板单独轧制的方案。单独设置T型材面板的形状参数的主要目的是增加T型材的规格数量，为设计者精细化选择提供更为丰富的样本。再者可以加强船厂和钢厂之间分工协作的灵活性。对于钢厂而言，依据图2分别轧制形状规则的面板和腹板的生产成本较低，利于大批量生产。船厂可以委托钢厂装配不同腹板和面板规格的T型材；也可单独购买不同规格面板型材，购买或者自行切割型材腹板，并与型材面板焊接。
此外，作为较佳的实施例中，T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、所述T型材的所述面板的宽度f、所述T型材的腹板的高度d、所述T型材的所述面板的平均厚度tmean、所述T型材的所述面板的转圆半径r、所述T型材的所述面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：
Figure GDA0002812961080000071
此外，作为较佳的实施例中，面板的下翼板与水平面的夹角角度θ的正负误差不大于2度。
下面详细说明本函数的使用方法：
图2是本发明的面板和腹板独立轧制的T型钢的示意图，请参见图2所示，示出了一种FL110 T型材。FL110 T的面板宽度f为110mm，根据面板宽度f计算相应的FL110 T型材的其他轮廓参数：
1、根据关系式(5)可得，面板转圆半径r约为8.5mm，
2、根据关系式(8)、(9)、(10)和图2可得，ttotal＝(f/2-t/2-2*r)*tan(θ)+2*r/cos(θ)≈30.1mm。
3、根据工厂工艺需要略微调整面板下翼板与水平夹角角度θ，因此将面板总高度ttotal取为30mm。
进一步，作为较佳的实施例中，能够根据上述的函数使用方法推断出一系列不同腹板高度d的T型材，具体参数请参见表三所示，该T型材具有最优的抗屈服、抗扭转、抗屈曲和耐疲劳性能，具有最优的剖面形状，而且满足目前的CSR-H规范以及各国船级社关于T型材尺寸的最新要求。
表三
Figure GDA0002812961080000081
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，包括：T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、所述T型材的所述面板的宽度f、所述T型材的腹板的高度d、所述T型材的所述面板的平均厚度tmean、所述T型材的所述面板的转圆半径r、所述T型材的所述面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：
Figure FDA0003063320120000011
其中，t表示所述T型材的腹板的厚度。
2.一种最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，包括：T型材的面板的下翼板与水平面的夹角角度θ、所述T型材的所述面板的宽度f、所述T型材的腹板的高度d、所述T型材的所述面板的平均厚度tmean、所述T型材的所述面板的转圆半径r、所述T型材的所述面板的总高度ttotal之间具有如下函数关系：
Figure FDA0003063320120000012
其中，t表示所述T型材的腹板的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，所述T型材的所述面板的转圆半径r与所述T型材的所述腹板的高度d之间具有如下函数关系：
Figure FDA0003063320120000013
4.根据权利要求3所述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，所述面板的上翼板恒与所述面板的两侧的圆弧相切，所述面板的下翼板恒与所述面板的两侧的圆弧相切。
5.根据权利要求4所述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，所述面板的所述下翼板与水平面的夹角角度θ的正负误差不大于2度。
6.根据权利要求1所述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，适用于所述面板和所述腹板整体轧制的T型材。
7.根据权利要求2所述的最优剖面形状及尺寸的T型材设计，其特征在于，适用于所述面板和所述腹板分别独立轧制的T型材。
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