CN109263789A - 一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，所述的绑扎桥包括多种绑扎支撑件，所述的绑扎支撑件采用功能梯度薄壁管，所述的功能梯度薄壁管包括通过第一板件构成的中空薄壁管本体，薄壁管本体中空区域通过多个第二板件搭建形成多胞元区；所述的第一板件和第二板件厚度由薄壁管的自由端向固定端呈函数关系递增；所述的第一板件和第二板件沿其纵向长度方向为连续结构，且第一板件和第二板件长度相同。与现有技术相比，本发明实现绑扎桥结构轻量的同时，保证了绑扎桥的稳固可靠性。

Description

一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥
技术领域
本发明涉及一种绑扎桥，尤其是涉及一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥。
背景技术
目前，绑扎桥结构设计普遍存在这严重的过设计现象，船东和船厂的反映是结构的质量过大，耗材严重，成本比较高，虽然采用一定的优化设计方法，但效果仍不理想。现有的设计方案中，为了降低结构的振动响应而增加结构的重量，轻量化过程中为了追求节约成本，而降低结构的重量，同时又导致结构的振动响应超标。为改善这种相互矛盾的问题，部分设计人员提出采用分段设计和制造的方案，即绑扎立柱和剪力墙结构采用不同厚度的设计模块，主要是靠近船体结构的部分采用相对较厚的板进行设计，上端采用相对较薄的板设计，然后将不同的部分进行焊接，形成一个整体。这样的设计和制造方案带来的问题是焊缝数量急剧增加，初始的焊接缺陷如果处理不好会较早的产生疲劳破坏，进而降低结构的寿命。焊接过程中的二次热处理会带来应力分布不均和结构变形的问题。整体表现为：
轻量化程度方面：考虑到焊接工艺的要求，不能达到最佳的减重效果，限制了其最大程度地实现轻量化的目标。
机械性能及应用方面：焊缝是通过高温使基材分子重新排列并溶为一体而形成的，导致拼焊板结构在焊缝处沿长度方向上的材料、力学等特性发生跳跃式的变化。结构焊缝在厚度和强度上的突变，致使焊缝处及其附近存在应力集中现象。
美观方面：采用一般的外表涂装措施和技术根本无法彻底掩盖焊缝线的存在，影响美观。
工艺设计方面：对于不等厚钢板，易造成热容差异、热膨胀及热流量的不同而诱发马氏体，致使出现焊缝疲劳强度下降等焊接缺陷，从而引起微裂纹的出现和扩展。
作为具有较高材料利用效率的相对较新的部件，具有不同壁厚的功能梯度厚度(FGT)结构已变得越来越有吸引力。薄壁结构具有重量轻，价格低，强度高，刚度高，可靠性高，载荷承载效率高，能量吸收能力强等优点，已经在汽车、火车、航空航天等领域广泛用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，所述的绑扎桥包括多种绑扎支撑件，所述的绑扎支撑件采用功能梯度薄壁管，所述的功能梯度薄壁管包括通过第一板件构成的中空薄壁管本体，薄壁管本体中空区域通过多个第二板件搭建形成多胞元区；
所述的第一板件和第二板件厚度由薄壁管的自由端向固定端呈函数关系递增；
所述的第一板件和第二板件沿其纵向长度方向为连续结构，且第一板件和第二板件长度相同。
所述的薄壁管本体的中空区域的形状包括圆形、方形和三角形。
第二板件搭建形成的多胞元区的形状包括“十”字型和“米”字型。
第一板件和第二板件厚度呈相同函数关系梯度变化或不同函数关系梯度变化。
所述的第一板件和第二板件厚度递增的函数关系包括线性函数、二次函数和指数函数。
所述的第一板件和第二板件的材质相同或不同。
所述的第一板件沿长度方向的任一横截面的对称中心在同一轴线上。
所述的第二板件沿长度方向的任一横截面的对称中心在同一轴线上。
所述的第一板件和第二板件成型方式包括轧制成型和铸造成型。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明绑扎桥中的绑扎支撑件采用功能梯度薄壁管，功能梯度薄壁管设计成中空结构，同时在中空区域设计多胞元区，一方面，减轻了结构重量，另一方面保证了结构的稳固性，同时功能梯度薄壁管中的第一板件和第二板件的厚度设计成呈函数关系变化的形式，与传统的均质厚度结构相比，可以实现更大程度的结构轻量化设计，减少耗材量，降低制造复杂程度，简化制造工艺，从而达到降低设计和制造成本的作用；
(2)本发明绑扎桥的功能梯度薄壁管中的第一板件和第二板件沿其纵向长度方向为连续结构，避免了拼焊板结构在焊缝处沿长度方向上的材料、力学等特性发生跳跃式的变化的情况，避免了结构焊缝在厚度和强度上的突变致使焊缝处及其附近存在应力集中现象，本发明焊缝数量减少，由焊接带来的初始缺陷就不复存在，降低疲劳破坏发生的概率，进而本发明使用寿命更长、可靠性增强；
(3)本发明功能梯度薄壁管结构材料分布更合理，在相同结构重量的情况下，使用功能梯度薄壁管使得绑扎桥底端结构更稳固，整体结构的振动响应得到降低；
(4)本发明第一板件和第二板件厚度呈线性函数、二次函数或指数函数变化，可以实现厚度的灵活变化，应力分布更合理，避免了不同厚度板拼焊带来的繁琐工艺和焊缝缺陷，所以不存在因尺寸突变和焊缝焊接带来的应力和应变的突变等缺陷；
(5)本发明第一板件和第二板件轧制成型或铸造成型，采用整体结构，减少焊接的复杂工序，工艺性好，摒弃了分段设计、分段焊接的复杂工序，复杂程度大大降低，结构更简洁，从而降低了检修和维护的难度；
(6)本发明可用于各种不同结构类型的绑扎桥设计，应用范围广。
附图说明
图1为本发明基于功能梯度薄壁管的绑扎桥的整体结构示意图；
图2为实施例1中功能梯度薄壁管的立体结构示意图；
图3为实施例1中功能梯度薄壁管的俯视图；
图4为实施例2中功能梯度薄壁管的俯视图；
图5为实施例3中功能梯度薄壁管的俯视图；
图6为实施例4中功能梯度薄壁管的俯视图；
图7为实施例5中功能梯度薄壁管的俯视图；
图8为实施例6中功能梯度薄壁管的俯视图；
图中，1为立柱方管支撑，2为矩形方管斜撑，3为第一板件，4为第二板件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例1
如图1所示，一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，绑扎桥主要由绑扎支撑部分、绑扎功能实现部分和辅助结构三部分组成。绑扎支撑部分包括多种绑扎支撑件，本实施例中包括立柱方管支撑1和矩形方管斜撑2。
绑扎支撑件采用功能梯度薄壁管，功能梯度薄壁管包括通过第一板件3构成的中空薄壁管本体，薄壁管本体中空区域通过多个第二板件4搭建形成多胞元区；第一板件3和第二板件4厚度由薄壁管的自由端向固定端呈函数关系递增；第一板件3和第二板件4沿其纵向长度方向为连续结构，且第一板件3和第二板件4长度相同。
功能梯度薄壁管的薄壁管本体的中空区域的形状包括圆形、方形和三角形，第二板件4搭建形成的多胞元区的形状包括“十”字型和“米”字型。
如图2和图3所示，本实施例中薄壁管本体的中空区域为方形，第二板件4搭建形成的多胞元区为“米”字型。
第一板件3和第二板件4厚度呈相同函数关系梯度变化或不同函数关系梯度变化。第一板件3和第二板件4厚度递增的函数关系包括线性函数、二次函数和指数函数。本实施例中第一板件3和第二板件4厚度呈相同函数关系梯度变化，且均呈线性函数关系梯度变化，线性函数关系为：
ty＝t0+tk*y，
其中，ty为纵向长度为y处的梯度板(第一板件3和第二板件4)厚度，t0为梯度板(第一板件3和第二板件4)自由端厚度，tk为梯度板(第一板件3和第二板件4)厚度递增的梯度，y为梯度板(第一板件3和第二板件4)距离自由端的距离。
第一板件3和第二板件4的材质相同或不同，可以采用普通钢材或AH36等高强度钢，本实施例中第一板件3和第二板件4材质相同。
第一板件3沿长度方向的任一横截面的对称中心在同一轴线上，第二板件4沿长度方向的任一横截面的对称中心在同一轴线上。第一板件3和第二板件4成型方式包括轧制成型和铸造成型。
本实施例对立柱方管支撑1和矩形方管斜撑2进行了具体设计：立柱方管支撑1中的第一板件3固定端厚为12mm，第一板件3自由端壁厚为10mm。矩形方管斜撑2中的第一板件3固定端壁厚为9mm，第一板件3自由端厚为7mm。立柱方管支撑1和矩形方管斜撑2第二板件4形成“米”字型，第二板件4固定端板厚3mm，自由端板厚1mm，总体呈线性梯度变化。
实施例2
如图4所示，本实施例中薄壁管本体的中空区域为方形，第二板件4搭建形成的多胞元区为“十”字型，其余均和实施例1相同。
实施例3
如图5所示，本实施例中薄壁管本体的中空区域为圆形，第二板件4搭建形成的多胞元区为“米”字型，其余均和实施例1相同。
实施例4
如图6所示，本实施例中薄壁管本体的中空区域为圆形，第二板件4搭建形成的多胞元区为“十”字型，其余均和实施例1相同。
实施例5
如图7所示，本实施例中薄壁管本体的中空区域为三角形，第二板件4搭建形成的多胞元区为“米”字型，其余均和实施例1相同。
实施例6
如图8所示，本实施例中薄壁管本体的中空区域为三角形，第二板件4搭建形成的多胞元区为“十”字型，其余均和实施例1相同。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (9)

1.一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，所述的绑扎桥包括多种绑扎支撑件，其特征在于，所述的绑扎支撑件采用功能梯度薄壁管，所述的功能梯度薄壁管包括通过第一板件(3)构成的中空薄壁管本体，薄壁管本体中空区域通过多个第二板件(4)搭建形成多胞元区；
所述的第一板件(3)和第二板件(4)厚度由薄壁管的自由端向固定端呈函数关系递增；
所述的第一板件(3)和第二板件(4)沿其纵向长度方向为连续结构，且第一板件(3)和第二板件(4)长度相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，所述的薄壁管本体的中空区域的形状包括圆形、方形和三角形。
3.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，第二板件(4)搭建形成的多胞元区的形状包括“十”字型和“米”字型。
4.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，第一板件(3)和第二板件(4)厚度呈相同函数关系梯度变化或不同函数关系梯度变化。
5.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，所述的第一板件(3)和第二板件(4)厚度递增的函数关系包括线性函数、二次函数和指数函数。
6.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，所述的第一板件(3)和第二板件(4)的材质相同或不同。
7.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，所述的第一板件(3)沿长度方向的任一横截面的对称中心在同一轴线上。
8.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，所述的第二板件(4)沿长度方向的任一横截面的对称中心在同一轴线上。
9.根据权利要求1所述的一种基于功能梯度薄壁管的绑扎桥，其特征在于，所述的第一板件(3)和第二板件(4)成型方式包括轧制成型和铸造成型。
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