CN209521822U - 风帆桅杆与基座连接的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风帆桅杆与基座连接的结构，紧贴基座顶面且环绕风帆桅杆设置有圆环状的基座顶板，在基座顶板和风帆桅杆所形成的直角处设置有多个肘板；肘板包括四个分别位于风帆桅杆四个拐角处的第一肘板和多个分散设置在其他位置的第二肘板；紧贴环绕风帆桅杆在肘板的顶角上方设置有环状的第一圈板，环绕肘板的底角且紧贴基座顶板设置有环状的第二圈板，紧贴第一肘板的斜边设置有翼板，翼板的两端分别连接于第一圈板和第二圈板；本发明采用第一圈板和第二圈板来过渡肘板与基座的连接，减小了应力集中，在尽可能不增加结构复杂度、方便施工的前提下，提高了连接体的结构强度。

Description

风帆桅杆与基座连接的结构

技术领域

本发明涉及风帆船舶建造技术领域，更具体地说，涉及一种风帆桅杆与基座连接的结构。

背景技术

在现有风帆技术领域中，可供参考的风帆船舶创新项目—钢质翼面帆的风帆桅杆与船舶基座的连接形式较少。常用的风帆桅杆与基座连接形式是在风帆桅杆根部周围加设多个垂向肘板后，直接连接在基座上，但这种方式多用于风帆承受荷载较小的连接形式。在较大横向荷载作用下，垂向肘板与基座相连处产生非常严重的应力集中现象。目前还没有可靠的连接结构来解决风帆桅杆与基座连接处应力集中的问题。

发明内容

本发明目的是对风帆桅杆与基座的连接结构进行合理设计，以解决二者连接位置处产生的高水平应力问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种风帆桅杆与基座连接的结构，包括基座、垂直设置在基座上的风帆桅杆(等价于风帆桅杆)，风帆桅杆为带四处拐角的长方体杆；

紧贴基座顶面且环绕风帆桅杆设置有圆环状的基座顶板，在基座顶板和风帆桅杆所形成的直角处设置有多个肘板；肘板为直角三角形构型，且肘板的直角位置贴合于基座顶板和风帆桅杆所形成的直角处；

肘板包括四个分别位于风帆桅杆四个拐角处的第一肘板和多个分散设置在其他位置(之前限定过肘板所处的位置，那么这里说的其他位置就是在该限定位置下的非拐角处)的第二肘板；

紧贴环绕风帆桅杆在肘板的顶角(正如刚刚所述的，肘板为直角三角形构型，位于上方的一个锐角就是顶角，位于下方的一个锐角就是底角)上方设置有环状的第一圈板，第一圈板与肘板的顶角隔开一段距离d₁；

环绕肘板的底角且紧贴基座顶板设置有环状的第二圈板，第二圈板与肘板的底角隔开一段距离d₂；

紧贴第一肘板的斜边设置有翼板，翼板的两端分别连接于第一圈板和第二圈板(这就说明，仅有第一肘板通过翼板与第一圈板以及第二圈板间接接触，这是考虑到第一肘板所承受的应力最大的原因)。

优选的，第一圈板的环状区域宽度(假如第一圈板的内径为r₁，外径为r₂，那么这里的环状区域宽度就是r₂-r₁)等于第一肘板的顶角宽度(虽然肘板是直角三角形构型，但是不同于数学上的理想情况，在实际情况下肘板的顶角必定会有一定的宽度，后面关于底角高度的情况也是如此)。

优选的，第二圈板的高度等于第一肘板的底角高度。

优选的，基座顶板在任意两个肘板之间的区域均开设有一个通孔(这些通孔的存在可以减少用料)。

优选的，d₁在如下范围：0.1cm≤d₁≤1cm。

优选的，d₂在如下范围：0.1cm≤d₂≤1cm。

本发明针对位于风帆桅杆四个拐角处的第一肘板设置了第一圈板和第二圈板，有效地吸收了第一肘板的顶角和底角处所承受的应力，而在所有的肘板中，正好是位于拐角处的第一肘板所承受的应力最高，且第一肘板又正好在顶角以及底角(尤其是底角处)受到的应力最大；而正因为仅仅吸收第一肘板所承受的应力，第一圈板和第二圈板所承受应力不会过大从而产生损害，且也会使得多个肘板所承受的应力较为均衡；而对于第一圈板的厚度以及第二圈板的高度选择，又使得在能够发挥作用的情况下尽可能减少了用料；总之，本发明采用第一圈板和第二圈板来过渡肘板与基座的连接，使荷载传递路径发生了改变，这种连接方式有效的消除了肘板与基座直接连接所产生的应力集中点，减小了应力集中，在尽可能不增加结构复杂度、方便施工的前提下，提高了连接体的结构强度。

附图说明

图1是本发明结构的主视图；

图2是本发明结构的俯视图(省略基座2)。

其中：1、风帆桅杆，2、基座，3、基座顶板，41、第一肘板，42、第二肘板，51、第一圈板，52、第二圈板，6、翼板，7、通孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种风帆桅杆与基座连接的结构，包括基座2、垂直设置在基座2上的风帆桅杆1，风帆桅杆1为带四处拐角的长方体杆；

紧贴基座2顶面且环绕风帆桅杆1设置有圆环状的基座顶板3，在基座顶板3和风帆桅杆1所形成的直角处设置有多个肘板；肘板为直角三角形构型，且肘板的直角位置贴合于基座顶板3和风帆桅杆1所形成的直角处；

肘板包括四个分别位于风帆桅杆1四个拐角处的第一肘板41和多个分散设置在其他位置的第二肘板42；

紧贴环绕风帆桅杆1在肘板的顶角上方设置有环状的第一圈板51，第一圈板51与肘板的顶角隔开一段距离d₁；d₁在如下范围：0.1cm≤d₁≤1cm。第一圈板51的环状区域宽度等于第一肘板41的顶角宽度。

环绕肘板的底角且紧贴基座顶板3设置有环状的第二圈板52，第二圈板52与肘板的底角隔开一段距离d₂；d₂在如下范围：0.1cm≤d₂≤1cm。第二圈板52的高度等于第一肘板41的底角高度。这一高度可通过有限元计算和优化分析具体确定，过高则浪费材料，并可能造成对工艺、设备等的干涉问题，过低则达不到减小应力集中的效果。

紧贴第一肘板41的斜边设置有翼板6，翼板6的两端分别连接于第一圈板51和第二圈板52；这就说明，仅有第一肘板41通过翼板6与第一圈板51以及第二圈板52间接接触，这是考虑到第一肘板41所承受的应力最大的原因。

基座顶板3在任意两个肘板之间的区域均开设有一个通孔7，这些通孔7的存在可以减少用料。

在实践中，风帆桅杆1在横向风荷载作用下，大约在45°风向角时承受最大的合力作用，根据风帆桅杆1结构的截面形式，此时风帆桅杆1根部拐角处的第一肘板41处所承受的力最大；并且由于风帆桅杆1截面形式的原因，第一肘板41的几何尺寸还要小于其他位置处的肘板，而且第二圈板52在该位置处与第一肘板41连接的位置也会产生集中应力。因此，为保证拐角处的第一肘板41和第二圈板52的结构稳定，在第一肘板41的板缘上增设翼板6，使得翼板6的板面与第一肘板41的斜边连接，翼板6的一端与第二圈板52相连、另一端与第一圈板51相连。其中翼板6的板面宽度可通过有限元计算分析并经过合理优化获得，范例如下：

以实际设计为例，通过利用有限元计算，并经过合理优化分析得到，第二圈板52的高度在0.23m，翼板6的宽度在0.1m时，已达到满足规范要求的应力水平，缓解了应力集中现象。该实例中的相关设计尺寸只是优选中的一个较好可行解，通过设计目标的要求和相关约束条件，利用优化设计手段，可获得更好的可行解。

通过本项目的研究，在特定航线下，可节能12％以上。现在的VLCC、VLOC的各个主要航线上都有可以利用的风力资源，风帆与主机相结合的航行手段，可较大程度提高其经济性，同时降低环境污染。目前全球适合安装风帆的船舶近40000条，本项目的开发将带来船舶配套设备与系统新的市场需求，可以形成独立的船舶配套产业，推动我国风能配套产业发展，具有广阔的前景。本发明对缓解肘板与基座2所产生应力集中现象具有可行性；而且在满足规范强度要求的同时，几乎不增加结构复杂度，方便施工，提高了结构强度。因此本发明具有低成本、高可靠性的优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风帆桅杆与基座连接的结构，包括基座、垂直设置在所述基座上的风帆桅杆，所述风帆桅杆为带四处拐角的长方体杆，其特征在于；

紧贴所述基座顶面且环绕所述风帆桅杆设置有圆环状的基座顶板，在所述基座顶板和所述风帆桅杆所形成的直角处设置有多个肘板；所述肘板为直角三角形构型，且所述肘板的直角位置贴合于所述基座顶板和所述风帆桅杆所形成的直角处；

所述肘板包括四个分别位于所述风帆桅杆四个拐角处的第一肘板和多个分散设置的第二肘板；

紧贴环绕所述风帆桅杆在所述肘板的顶角上方设置有环状的第一圈板，所述第一圈板与所述肘板的顶角隔开一段距离d₁；

环绕所述肘板的底角且紧贴所述基座顶板设置有环状的第二圈板，所述第二圈板与所述肘板的底角隔开一段距离d₂；

紧贴所述第一肘板的斜边设置有翼板，所述翼板的两端分别连接于所述第一圈板和所述第二圈板。

2.根据权利要求1所述风帆桅杆与基座连接的结构，其特征在于，所述第一圈板的环状区域宽度等于所述第一肘板的顶角宽度。

3.根据权利要求1或2所述风帆桅杆与基座连接的结构，其特征在于，所述第二圈板的高度等于所述第一肘板的底角高度。

4.根据权利要求1所述风帆桅杆与基座连接的结构，其特征在于，所述基座顶板在任意两个所述肘板之间的区域均开设有一个通孔。

5.根据权利要求1所述风帆桅杆与基座连接的结构，其特征在于，所述d₁在如下范围：0.1cm≤d₁≤1cm。

6.根据权利要求1所述风帆桅杆与基座连接的结构，其特征在于，所述d₂在如下范围：0.1cm≤d₂≤1cm。