KR20240064643A - Ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing and its processing method - Google Patents
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Abstract
리브드(ribbed) 파상 계란형 내압 하우징 및 이의 가공방법은 심해 잠수기 기술분야에 속하고, 빅 엔드 캡 플레이트(5), 스몰 엔드 캡 플레이트(1), 세로 리브(2), 환상 리브(3) 및 파상 계란형 분할 선체(demi hull)(4)를 포함하며; 가공단계는 아래와 같이, 세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식을 확정하며; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면을 설계하며; 하우징 전개도에 따라 줄을 치고 절단해 블랭킹(blanking)하며; 12개의 하우징을 굽히며; 세로 리브(2)의 사이즈를 확정하며; 세로 리브(2)를 가공해내며; 굽혀진 하우징과 세로 리브(2)를 조립해 용접하며; 양단의 캡 플레이트를 조립해 용접하며; 환상 리브(3)를 가공해내며; 환상 리브(3)를 내압 하우징에 조립해 용접하며; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 가공을 완료한다. 파상 계란형 내압 하우징 구조를 이용해 가공의 어려움을 낮추고 안전성을 보장하며; 두꺼워진 리브 골조 구조를 사용하고 세로 리브(2)와 환상 리브(3)를 계란형 내압 하우징 외부에 용접하는 형식을 이용해 내압 성능과 재료 이용률이 모두 향상되도록 하며; 내압 하우징의 강도와 강성을 보장하는 동시에, 하우징의 전체 질량을 줄이고 원가를 감소하고 가공 제조가 용이하다.The ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing and its processing method belong to the field of deep-sea diving technology, and include a big end cap plate (5), a small end cap plate (1), a longitudinal rib (2), annular rib (3), and It has an undulated ovoid demi hull (4); The processing step determines the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2) as follows; Design the cross section of a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing; Blanking is done by drawing and cutting lines according to the housing development diagram; Bending 12 housings; Determine the size of the vertical rib (2); Processing the longitudinal ribs (2); The bent housing and vertical ribs (2) are assembled and welded; Assemble and weld the cap plates at both ends; Processing the annular rib (3); The annular rib (3) is assembled and welded to the pressure-resistant housing; Complete the processing of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing. The corrugated egg-shaped pressure-resistant housing structure reduces processing difficulty and ensures safety; By using a thickened rib frame structure and welding the longitudinal ribs (2) and annular ribs (3) to the outside of the egg-shaped pressure-resistant housing, both pressure-resistant performance and material utilization are improved; While ensuring the strength and rigidity of the pressure-resistant housing, it reduces the overall mass of the housing, reduces costs, and facilitates processing and manufacturing.
Description
본 발명은 심해 잠수기 기술분야에 속하고, 심해 잠수기 내압장치 및 가공방법에 관한 것이고, 더 상세하게, 리브드 파상 계란형 내압 하우징 및 이의 가공방법에 관한 것이다.The present invention belongs to the field of deep-sea diver technology and relates to a deep-sea diver pressure-resistant device and processing method, and more specifically, to a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing and a processing method thereof.
잠수기는 대양 탐사와 심해 과학연구에 중요한 장비이고, 내압장비는 잠수기의 중요한 구성 부분으로서, 잠행과정에서의 내부 설비 정상 작동 및 탑승자의 건강 안전을 보장하는 역할을 하며, 이의 중량은 잠수기 총 중량의 1/4 내지 1/2를 차지한다. 내압설비의 설계는 잠수기의 안전성, 기동성, 공간 이용률과 인간-기계-환경 등 성능에 대해 중요한 영향을 미친다. 심해 잠수기 내압 하우징은 구형구조가 많아 강도가 높고 안정성이 우수하고 부력계수가 낮고 재료 이용률이 높은 등 장점이 있지만, 공간 이용률이 낮고 유체 역학 특성이 떨어져 결함에 대해 상당히 민감하고 가공 제조의 어려움이 커 잠수기의 안전성, 운반 능력과 인간-기계-환경 특성에 바람직한 협력을 제공할수 없다.Submersibles are important equipment for ocean exploration and deep-sea scientific research, and pressure-resistant equipment is an important component of the submersible. It plays a role in ensuring the normal operation of internal equipment and the health and safety of occupants during the stealth process, and its weight is equal to the total weight of the submersible. It accounts for 1/4 to 1/2. The design of pressure-resistant equipment has a significant impact on the performance of the submarine, including its safety, maneuverability, space utilization, and human-machine-environment. The pressure-resistant housing for deep-sea divers has a spherical structure, so it has advantages such as high strength, excellent stability, low buoyancy coefficient, and high material utilization, but it has low space utilization and poor hydrodynamic properties, making it quite sensitive to defects and making processing and manufacturing difficult. It cannot provide desirable cooperation in the safety, carrying capacity and human-machine-environment characteristics of the submersible.
특허번호가 ZL201510073803.4인 발명(심해 생체공학 내압 하우징 바디)는 개념성 계란형 생체공학 내압 하우징 바디를 창출하고 계란형 생체공학 하우징이 강도, 안정성, 공간 이용률, 스트림 라인(streamline) 등 기능에 전면적으로 협력할 수 있어 우수한 생체공학 기본 모델인 점을 지적하였으며, 상규적인 계란형 내압 하우징은 심해에서 작업할 때 쉽게 항복이 발생하고, 해당 특허는 구체적인 가공방법을 제공하지 않았다. 출원번호가 202210071068.3인 발명(적층 계란형 내압 하우징 및 이의 가공방법)은 적층 계란형 내압 하우징의 설계를 창출하여 하우징의 내압 능력을 향상시켰지만, 큰 정도에서 내압 하우징의 전체 질량을 증가시켰다. 상기 내용을 종합해 최종 요약하면 아래의 문제가 있다는 것을 알 수 있다.The invention (deep-sea bionic pressure-resistant housing body) with patent number ZL201510073803.4 creates a conceptual egg-shaped bionic pressure-resistant housing body, and the egg-shaped bionic housing has comprehensive functions such as strength, stability, space utilization, and streamline. It was pointed out that it is an excellent basic bionics model because it can cooperate, and the typical egg-shaped pressure-resistant housing easily yields when working in deep sea, and the patent did not provide a specific processing method. The invention with application number 202210071068.3 (Laminated egg-shaped pressure-resistant housing and processing method thereof) created a design of a laminated egg-shaped pressure-resistant housing to improve the pressure-resistant capability of the housing, but also increased the overall mass of the pressure-resistant housing to a large extent. Summarizing the above information, we can see that there are the following problems.
1. 종래의 계란형 내압 하우징은 이상적인 계란형 구조로서, 정수 압력(static water pressure)의 작용하에 쉽게 굴곡이 발생하고 효력을 잃는 요소가 비교적 많고 가공의 어려움이 크고 안전 성능이 낮으며;1. The conventional egg-shaped pressure-resistant housing has an ideal egg-shaped structure, and has relatively many elements that easily bend and lose effectiveness under the action of static water pressure, and has great processing difficulties and low safety performance;
2. 종래의 단일층 계란형 구조 설계는 내압 능력이 기둥형, 원뿔형 및고리형에 비해 어느 정도 개선되었지만, 효과는 여전히 뚜렷하게 부족해 더 깊은 심해 작업을 만족시킬 수 없으며;2. Although the pressure resistance capacity of the conventional single-layer egg-shaped structure design has been improved to a certain extent compared with column-shaped, conical-shaped and ring-shaped ones, the effect is still obviously insufficient and cannot satisfy deeper deep-sea work;
3. 당업자들은 내압 하우징의 내압 능력과 사용 수명을 향상하기 위해 늘 다층 계란형 내압 하우징을 설계하거나 또는 하우징의 두께를 증가시키는 데, 이는 내압 하우징의 전체 질량을 대폭 증가시키고 가공이 용이하지 않게 되고 원가가 비교적 높아진다.3. Those skilled in the art always design a multi-layer egg-shaped pressure-resistant housing or increase the thickness of the housing to improve the pressure-resistant capacity and service life of the pressure-resistant housing, which greatly increases the overall mass of the pressure-resistant housing, makes processing difficult, and increases the cost. becomes relatively high.
따라서, 상기 문제를 해결하기 위하여 기존 연구의 기초상에서 구조가 간단하고 믿음직하며 제조가 편리한 리브드(ribbed) 파상 계란형 내압 하우징 장치를 발명하는 것은 하우징의 역학 분포 및 내압 능력 향상과 제조 원가 저하에 모두 중요한 의미를 가진다.Therefore, in order to solve the above problem, on the basis of existing research, the invention of a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device with a simple structure, reliability, and convenient manufacturing was designed to both improve the dynamic distribution and pressure-resistant capacity of the housing and reduce manufacturing costs. It has important meaning.
본 발명의 목적은, 리브드(ribbed) 파상 계란형 내압 하우징 및 이의 가공방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing and a processing method thereof.
본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치는 상단의 스몰 엔드 캡 플레이트(1) 및 하단의 빅 엔드 캡 플레이트(5)를 포함하며;The ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device according to the present invention includes a small end cap plate (1) at the top and a big end cap plate (5) at the bottom;
상기 스몰 엔드 캡 플레이트(1)와 빅 엔드 캡 플레이트(5) 사이에는 파상 계란형 분할 선체(demi hull)(4)가 장착 설치되고, 상기 스몰 엔드 캡 플레이트(1)와 빅 엔드 캡 플레이트(5) 사이 및 상기 파상 계란형 분할 선체(4)의 외부에는 복수 개의 세로 리브(2)가 등거리로 장착 설치되며;A wavy egg-shaped demi hull (4) is installed between the small end cap plate (1) and the big end cap plate (5), and the small end cap plate (1) and the big end cap plate (5) are installed. A plurality of longitudinal ribs (2) are installed equidistantly between and on the outside of the corrugated egg-shaped divided hull (4);
복수 개의 상기 세로 리브(2)의 중단 및 하단에는 세로 리브(2)를 연결하는 데 사용하는 환상 리브(3)가 장착 설치된다.Annular ribs (3) used to connect the vertical ribs (2) are installed at the middle and lower ends of the plurality of vertical ribs (2).
더 나아가, 상기 세로 리브(2)의 개수는 적어도 12개이다.Furthermore, the number of vertical ribs 2 is at least 12.
더 나아가, 복수 개의 상기 세로 리브(2)는 스몰 엔드 캡 플레이트(1)와 빅 엔드 캡 플레이트(5) 사이에 용접 연결된다.Furthermore, the plurality of longitudinal ribs (2) are connected by welding between the small end cap plate (1) and the big end cap plate (5).
더 나아가, 상기 스몰 엔드 캡 플레이트(1) 및 빅 엔드 캡 플레이트(5)는 모두 내부에 설치된 중심단을 포함하고, 상기 중심단의 주변에는 적어도 12개의 연장단이 균일하게 배치되어 장착 설치된다.Furthermore, both the small end cap plate 1 and the big end cap plate 5 include a central end installed inside, and at least 12 extension ends are uniformly arranged and installed around the central end.
더 나아가, 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치의 가공방법은 구체적인 조작단계가 아래와 같이,Furthermore, the processing method of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device has specific operating steps as follows:
세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식을 확정하고, 여기에서, 세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식은 N-R 방정식을 이용해 설계하는 단계 1;Step 1: determining the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2), where the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2) is designed using the N-R equation;
리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면을 설계하는 단계 2;Step 2 of designing the cross section of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing;
하우징 전개도에 따라 줄을 치고 절단해 블랭킹(blanking)하는 단계 3;Step 3: blanking by lining and cutting according to the housing development diagram;
12개의 하우징을 굽히는 단계 4;Step 4 bending the 12 housings;
역학공식에 근거해 세로 리브(2)의 사이즈를 확정하는 단계 5;Step 5 of determining the size of the vertical rib (2) based on the mechanical formula;
세로 리브(2)의 도면에 근거해 세로 리브(2)를 가공해내는 단계 6;Step 6 of processing the vertical rib (2) based on the drawing of the vertical rib (2);
굽혀진 12개의 하우징과 세로 리브(2)를 조립해 용접하고; 각 세로 리브의 양변은 각각 이전의 굽혀진 하우징을 용접하고, 12개의 하우징과 12개의 세로 리브는 교차 용접해 하나의 완전한 하우징을 구성하는 단계 7;Assemble and weld the 12 bent housings and the vertical ribs (2); Step 7, where both sides of each vertical rib are welded to the previously bent housing, and the 12 housings and 12 vertical ribs are cross-welded to form one complete housing;
양단의 캡 플레이트를 조립해 용접하고; 설명도의 윤곽에 근거해 상부 및 하부 캡 플레이트를 절단해내고, 다시, 이들을 각각 잘 용접된 완전한 하우징에 용접하는 단계 8;Assemble and weld the cap plates at both ends; Step 8, cutting out the upper and lower cap plates based on the outline in the diagram and welding them back into each well-welded complete housing;
환상 리브(3)의 도면에 근거해 환상 리브(3)를 가공해내는 단계 9;Step 9 of processing the annular rib (3) based on the drawing of the annular rib (3);
환상 리브(3)를 내압 하우징에 조립해 용접하고; 다시, 잘 가공된 환상 리브(3)를 리브드 파상 계란형 내압 하우징 바디에 일일이 대응되게 용접하고; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 가공을 완료하는 단계 10이다.The annular rib (3) is assembled and welded to the pressure-resistant housing; Again, the well-processed annular ribs (3) are welded one by one to the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing body; Step 10 completes the processing of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing.
본 발명과 종래기술을 대조할 경우, 본 발명은 아래와 같은 특징이 있다.When comparing the present invention with the prior art, the present invention has the following characteristics.
1. 파상 계란형 내압 하우징 구조를 이용하고 각각의 하우징이 모두 인장 응력을 감당하기 때문에, 해당 내압 구조는 굴곡이 발생하지 않을 것이고, 항복은 유일하게 효력을 잃는 요소로 되고, 가공의 어려움이 낮아지고, 안전성을 보장하며;1. Because the corrugated egg-shaped pressure-resistant housing structure is used and each housing can bear the tensile stress, the pressure-resistant structure will not bend, yielding is the only factor that loses effectiveness, and the processing difficulty is reduced. , ensures safety;
2. 두꺼워진 리브 골조 구조를 사용하고 세로 리브 및 환상 리브를 계란형 내압 하우징의 외부에 용접하는 형식을 이용해 내압 성능과 재료 이용률이 모두 향상되도록 하며;2. Using a thickened rib frame structure and welding longitudinal ribs and annular ribs to the outside of the egg-shaped pressure-resistant housing, both pressure-resistant performance and material utilization are improved;
3. 내압 하우징의 강도와 강성을 보장하는 동시에, 하우징의 전체 질량을 줄이고 원가를 감소하고 가공 제조가 용이하다.3. It ensures the strength and rigidity of the pressure-resistant housing, while reducing the overall mass of the housing, reducing costs and making processing and manufacturing easier.
도 1은 본 발명에 따른 리브드(ribbed) 파상 계란형 내압 하우징 구조의 설명도이고;
도 2는 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 리브 골조 윤곽 방정식에 대한 설명도이고;
도 3은 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면 설계에 대한 설명도이고;
도 4는 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 분할 선체(demi hull)를 펼치는 설명도이고;
도 5는 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 분할 선체를 굽힌 후의 설명도이고;
도 6은 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 세로 리브의 리브 골조 단면에 대한 설명도이고;
도 7은 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 세로 리브의 구조에 대한 설명도이고;
도 8은 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 환상 리브의 구조에 대한 설명도이고;
도 9는 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 양단 캡 구조에 대한 설명도이고;
도 10은 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 하우징에 대한 용접을 완성하는 설명도이고;
도 11은 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 양단 캡에 대한 용접을 완성하는 설명도이고;
도 12는 본 발명의 가공 제작 흐름도이고;
도 13은 일반 계란형 내압 하우징의 LPF 곡선을 도시하였고;
도 14는 본 발명에 따른 리브드 파상 계란형 내압 하우징의LPF 곡선을 도시하였고;
도 15는 일반 계란형 내압 하우징과 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 시뮬레이션 결과 대조도이다.1 is an explanatory diagram of a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing structure according to the present invention;
Figure 2 is an explanatory diagram of the rib frame contour equation of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 3 is an explanatory diagram of the cross-sectional design of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 4 is an explanatory view of the split hull (demi hull) of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing according to the present invention unfolded;
Figure 5 is an explanatory view after bending the split hull of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 6 is an explanatory view of the cross section of the rib frame of the longitudinal rib of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 7 is an explanatory diagram of the structure of the vertical ribs of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 8 is an explanatory diagram of the structure of the annular rib of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 9 is an explanatory diagram of the structure of both end caps of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 10 is an explanatory diagram of completing welding to the housing of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 11 is an explanatory diagram of completing welding on both end caps of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 12 is a processing manufacturing flow chart of the present invention;
Figure 13 shows the LPF curve of a general egg-shaped pressure-resistant housing;
Figure 14 shows the LPF curve of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing according to the present invention;
Figure 15 is a contrast diagram of simulation results between a regular egg-shaped pressure-resistant housing and a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing.
이하, 본 발명의 기술방안을 더 명료하게 설명하기 위하여 도면을 결합해 본 고안의 기술방안을 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, in order to explain the technical solution of the present invention more clearly, the technical solution of the present invention will be described in more detail by combining the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리브드(ribbed) 파상 계란형 내압 하우징 장치는 스몰 엔드 캡 플레이트(1), 세로 리브(2), 환상 리브(3), 파상 계란형 분할 선체(demi hull)(4), 빅 엔드 캡 플레이트(5)를 포함한다.As shown in Figure 1, the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing device according to the present invention includes a small end cap plate (1), a longitudinal rib (2), an annular rib (3), and a corrugated oval divided hull (demi hull). ) (4), including the big end cap plate (5).
여기에서,From here,
(1) 하우징 형상 설계(1) Housing shape design
리브드 파상 계란형 내압 하우징의 리브 골조 윤곽 방정식은 N-R 방정식을 이용해 설계하고, 모선(generating line) 방정식은 식 (1)에 표시된 바와 같다.The rib frame contour equation of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing is designed using the N-R equation, and the generating line equation is as shown in equation (1).
여기에서, 는 파상 계란형 내압 하우징의 리브 골조 윤곽 방정식이고; L는 계란형 내압 하우징의 장축이고, B는 계란형 내압 하우징의 단축이고, 이의 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 리브 골조 윤곽 방정식에 대한 설명도는 도 2에 도시된 바와 같으며;From here, is the rib frame contour equation of the corrugated oval pressure-resistant housing; L is the long axis of the egg-shaped pressure-resistant housing, B is the short axis of the egg-shaped pressure-resistant housing, and the explanatory diagram of the rib frame contour equation of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is as shown in Figure 2;
리브 골조 윤곽을 확정한 전제하에 단면 윤곽을 설계하고, 이의 설명도는 도 3에 도시된 바와 같으며; 먼저, 리브 골조 윤곽을 확정한 전제하에 단면 윤곽 설계를 진행하고, 이의 설명도는 도 3에 도시된 바와 같으며; 먼저, 반경이 R1인 원을 취하고, 원 내에 정12각형을 내접하고, 원에 내접한 정12각형에 상대되는 원심각은 θ이고, 원에 내접한 정12각형의 변의 길이는 a이고, 아래의 식:The cross-sectional outline is designed on the premise that the rib frame outline is confirmed, and its explanatory drawing is as shown in Figure 3; First, the cross-sectional outline design is performed on the premise that the rib frame outline is confirmed, and the explanatory drawing is as shown in Figure 3; First, take a circle with a radius of R 1 , inscribe a regular dodecagon within the circle, the centric angle relative to the regular dodecagon inscribed in the circle is θ, and the length of the side of the regular dodecagon inscribed in the circle is a, The equation below:
을 만족시키며;satisfies;
여기에서, θ는 원에 내접한 정12각형에 상대되는 원심각이고, R1은 원의 반경이고, a는 원에 내접한 정12각형의 변의 길이이며;Here, θ is the centroid angle relative to the regular dodecagon inscribed in a circle, R 1 is the radius of the circle, and a is the side length of the regular dodecagon inscribed in the circle;
다시, 정12각형의 변의 길이를 현으로 삼고 β를 원심각으로 삼아 원호를 그리고, 해당 구간의 원호에 대응되는 원심 O2는 반경이 R2인 원에 위치하고, β와 R2는 아래의 식:Again, a circular arc is drawn using the length of the side of the regular dodecagon as the chord and β as the centrifugal angle. The centrifugal O 2 corresponding to the circular arc of the section is located in a circle with a radius of R 2 , and β and R 2 are expressed in the equation below. :
을 만족시키며;satisfies;
리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면 윤곽 설계를 완성하고, 다시, 모선을 통해 윤곽을 완전한 하우징으로 스캔하고; 3차원 모델링 소프트웨어 SolidWorks를 이용해 파상 계란형 내압 하우징의 각각의 분할 선체를 펼치고, 이의 구조 설명도는 도 4에 도시된 바와 같고, 굽혀진 분할 선체는 도 5에 도시된 바와 같다.Complete the cross-sectional contour design of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing, and again scan the contour into the complete housing through the generatrix; Using the 3D modeling software SolidWorks, each split hull of the corrugated oval pressure-resistant housing was unfolded, its structural diagram is as shown in Figure 4, and the bent split hull is as shown in Figure 5.
(2) 세로 리브(2) 설계(2) Vertical ribs (2) design
역학공식에 근거해 세로 리브의 사이즈를 확정하며; 리브를 설계할 경우, 여러 가지 객관 요소의 제한으로 인해 리브의 횡단면을 선택할 때 필요한 단면 모듈러스를 감안해야 할 뿐만 아니라, 횡단면 면적도 최소로 감소되도록 해야 하고, 계란형 내압 하우징 장치의 강도와 강성을 보장하는 동시에, 전체 질량을 최대한 감소해야 하며; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 세로 리브의 리브 골조 단면에 대한 설명도는 도 6에 도시된 바와 같으며; 리브의 횡단 너비는 상수 b이고, 높이는 변수 h1이고, 변하지 않는 허용 응력 σｗ을 유지하도록 요구하고, 굽힘 모멘트(bending moment)의 설계를 감안해 보면 각각의 횡단면 지점은 모두 아래의 방적식:Determine the size of the vertical ribs based on the mechanical formula; When designing a rib, due to the limitations of various objective factors, not only must the required cross-sectional modulus be taken into account when selecting the cross-section of the rib, but the cross-sectional area must also be reduced to a minimum, ensuring the strength and rigidity of the egg-shaped pressure-resistant housing device. At the same time, the overall mass must be reduced as much as possible; An explanatory diagram of the cross section of the rib frame of the longitudinal rib of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing is shown in Figure 6; The transverse width of the rib is a constant b, the height is a variable h 1 , and, requiring an unchanging allowable stress σw, taking into account the design of the bending moment, each cross-section point is represented by the equation below:
에 부합되어야 하며;Must comply with;
M는 굽힘 모멘트이고 S는 단면 모듈러스이며; 직사각형에 있어서,M is the bending moment and S is the section modulus; In a rectangle,
이고,ego,
일 경우,In case,
이며,and
다른 임의의 단면 지점의 높이는 아래와 같이,The height of any other cross-section point is as follows:
이며,and
설계된 세로 리브 사이즈에 근거해 세로 리브의 구조를 그려내고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 세로 리브(2)의 구조에 대한 설명도는 도 7에 도시된 바와 같다.The structure of the vertical rib is drawn based on the designed vertical rib size, and an explanatory diagram of the structure of the vertical rib 2 of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing is shown in FIG. 7.
(3) 환상 리브(3) 설계(3) Annular rib (3) design
설계된 환상 리브(3)의 사이즈에 근거해 환상 리브(3)의 구조를 그려내고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 환상 리브(3)의 구조에 대한 설명도는 도 8에 도시된 바와 같다.Based on the designed size of the annular rib (3), the structure of the annular rib (3) is drawn, and an explanatory diagram of the structure of the annular rib (3) of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing is shown in FIG. 8.
(4) 캡 플레이트 설계(4) Cap plate design
파상 계란형 내압 하우징의 단면 윤곽 설계 사이즈에 근거해 양단의 캡 플레이트 구조를 그려내고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 양단 캡의 구조에 대한 설명도는 도 9에 도시된 바와 같으며;Based on the cross-sectional profile design size of the corrugated egg-shaped pressure-resistant housing, the cap plate structure at both ends is drawn, and the structure of the caps at both ends of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is shown in Figure 9;
리브드 파상 계란형 내압 하우징의 가공방법은 아래의 단계를 포함한다.The processing method of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing includes the following steps.
제1 단계: 세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식을 확정하고, 세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식은 N-R 방정식을 이용해 설계하고, 이의 설명도는 도 2에 도시된 바와 같으며;Step 1: Confirm the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2), and design the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2) using the N-R equation, the explanatory diagram of which is shown in Figure 2;
제2 단계: 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면을 설계하고; 각각의 설계 파라미터는 하우징 형상 설계에서 이미 제공되었고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면 설계에 대한 설명도는 도 3에 도시된 바와 같으며;Second step: designing the cross section of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing; Each design parameter has already been provided in the housing shape design, and an explanatory diagram of the cross-sectional design of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is shown in Figure 3;
제3 단계: 하우징 전개도에 따라 줄을 치고 절단해 블랭킹(blanking)하고; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 분할 선체(demi hull)를 펼치는 설명도는 도 4에 도시된 바와 같으며;Third step: Blanking by cutting and filing according to the housing development diagram; An illustration of the unfolding demi hull of the ribbed corrugated oval pressure housing is shown in Figure 4;
제4 단계: 12개의 하우징을 굽히고; 벤더(bender)를 통해 지난 단계에서 펼쳐 얻은 분할 선체를 굽히고, 굽힌 후의 설명도는 도 5에 도시된 바와 같다.Step 4: Bend the 12 housings; The split hull obtained in the last step is bent using a bender, and an explanatory diagram after bending is shown in FIG. 5.
제5 단계: 역학공식에 근거해 세로 리브(2)의 사이즈를 확정하고; 상기 세로 리브(2) 설계 공식에 근거해 세로 리브의 사이즈를 확정하고, 세로 리브(2)의 리브 골조 단면에 대한 설명도는 도 6에 도시된 바와 같으며;Step 5: Determine the size of the vertical rib (2) based on the mechanical formula; The size of the vertical rib is determined based on the design formula of the vertical rib 2, and an explanatory diagram of the cross section of the rib frame of the vertical rib 2 is shown in Figure 6;
제6 단계: 세로 리브(2)의 도면에 근거해 세로 리브(2)를 가공해내고; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 세로 리브 구조에 대한 설명도는 도 7에 도시된 바와 같으며;Step 6: Process the longitudinal ribs 2 according to the drawing of the longitudinal ribs 2; An explanatory diagram of the vertical rib structure of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is shown in Figure 7;
제7 단계: 굽혀진 분할 선체와 세로 리브(2)를 조립해 용접하고; 각 세로 리브의 양변은 각각 이전의 굽혀진 하우징을 용접하고, 12개의 하우징과 12개의 세로 리브(2)는 교차 용접해 하나의 완전한 하우징을 구성하고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 하우징에 대한 용접을 완성하는 설명도는 도 10에 도시된 바와 같으며;Step 7: Assemble and weld the bent split hull and longitudinal ribs (2); Both sides of each vertical rib are welded to the previous bent housing, and the 12 housings and 12 vertical ribs (2) are cross-welded to form one complete housing, and the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is welded to the housing. The explanatory diagram that completes is as shown in Figure 10;
제8 단계: 양단의 캡 플레이트를 조립해 용접하고; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 양단 캡의 구조에 대한 설명도는 도 9에 도시된 바와 같고, 설명도의 윤곽에 근거해 상부 및 하부 캡 플레이트를 절단해내고, 다시, 이들을 각각 지난 단계에 잘 용접한 완전한 하우징에 용접하고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 양단 캡에 대한 용접을 완성하는 설명도는 도 11에 도시된 바와 같으며;Step 8: Assemble and weld the cap plates at both ends; An explanatory diagram of the structure of the caps at both ends of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is shown in Figure 9, and the upper and lower cap plates are cut based on the outline of the diagram, and then welded together in the previous step. An explanatory diagram of welding to a complete housing and completing welding to both end caps of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is shown in Figure 11;
제9 단계: 환상 리브(3)의 도면에 근거해 환상 리브(3)를 가공해내고;；환상 리브(3)의 사이즈에 근거해 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 환상 리브의 구조를 그려내는 설명도는 도 8에 도시된 바와 같고, 다시, 환상 리브를 가공해낸다.Step 9: Process the annular rib (3) based on the drawing of the annular rib (3); Description of drawing the structure of the annular rib of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing based on the size of the annular rib (3) The diagram is as shown in Figure 8, again processing the annular rib.
제10 단계: 환상 리브(3)를 내압 하우징에 조립해 용접하고; 지난 단계에 잘 가공한 환상 리브(3)를 계란형 내압 하우징 바디에 일일이 대응되게 용접하며;Step 10: Assemble and weld the annular rib (3) to the pressure-resistant housing; The annular ribs (3) processed in the previous step are welded to the egg-shaped pressure-resistant housing body one by one;
마지막으로, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 가공을 완료하고; 가공 제작 흐름도는 도 12에 도시된 바와 같으며;Finally, the processing of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is completed; The processing manufacturing flow chart is as shown in Figure 12;
상기 가공방법에 근거하고 확정된 사이즈에 의해 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 지지력을 계산한다.Based on the above processing method and the determined size, the bearing capacity of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is calculated.
Step1: 수치 기하 모델 구축: 도 2의 모선에 근거해 계란형 내압 하우징의 장축L=400mm을 취하고, B=276mm이고, 하우징은 평균 벽 두께를 선택해 두께 값을부여하고, 평균 두께는 1mm이고, 이 것은 일반 계란형 내압 하우징의 유한 요소 모델(finite element model)이고; 상기 내용의 기초에서 12개의 세로 리브와 1개의 환상 리브를 더해 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 유한 요소 모델을 구축하고, 구체적인 모델 파라미터는 표 1에 기재된 바와 같다.Step1: Building a numerical geometric model: Based on the busbar in Figure 2, take the long axis L = 400mm of the egg-shaped pressure-resistant housing, B = 276mm, select the average wall thickness of the housing to give a thickness value, the average thickness is 1mm, This is a finite element model of a typical egg-shaped pressure-resistant housing; Based on the above, a finite element model of the ribbed corrugated oval pressure-resistant housing was constructed by adding 12 longitudinal ribs and 1 annular rib, and the specific model parameters are as listed in Table 1.
표 1 모델 파라미터Table 1 Model parameters
Step2: 격자 분할: 일반 계란형 내압 하우징의 모델을 분할하는 격자의 총 수량은 15791로서, 전부 사각형 격자이고; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 모델을 구분하는 격자의 총 수량은 23772이고, 사각형 격자의 수량은 22856이고 삼각형 격자의 수량은 916이며;Step2: Grid division: The total number of grids dividing the model of a general egg-shaped pressure-resistant housing is 15791, all of which are square grids; The total number of grids dividing the models of ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is 23772, the quantity of square grids is 22856, and the quantity of triangular grids is 916;
Step3: 재료 파라미터 설정: 묵시적 하우징과 리브는 같은 종류의 재료에 속하고, 재료는 탄성 모듈러스를 180119MPa로 설정하고 푸아송 비는 0.3로 설정하며;Step3: Material parameter setting: the implicit housing and ribs belong to the same kind of material, the elastic modulus of the material is set to 180119MPa, and the Poisson's ratio is set to 0.3;
Step4: 2개 모델의 비(非)선형 굴곡 분석 파라미터를 설정하고; 상업 소프트웨어 ABAQUS의 개량 Riks법을 이용해 분석을 진행하고, 유한 요소 방법을 사용해 일반 계란형 및 리브드 파상 계란형 내압 하우징에 대해 기하학적 비(非)선형 탄성 분석을 진행하고, 해당 수치 분석은 유럽 표준(유럽 규범, 2009)과 중국 표준(선급협회，2018)을 참조하였고; 개선된 Riks법의 계산 파라미터 설정은 아래와 같이, 정적 평형 경로의 최초 아크 길이 증분은 0.05로, 아크 길이 증분 스텝은 200으로, 최소 아크 길이 증분은 1e-5로, 최대 아크 길이 증분은 0.1로 설정하며, 하중 극한값은 20으로 설정하고, 수치 분석이 답을 구하는 파라미터는 표 2를 참조한다.Step4: Set the nonlinear bending analysis parameters of the two models; The analysis is carried out using the modified Riks method of the commercial software ABAQUS, and the finite element method is used to conduct geometric non-linear elastic analysis for plain oval and ribbed corrugated oval pressure-bearing housings, and the corresponding numerical analysis is carried out according to European standards (Europe). Norm, 2009) and Chinese standards (Classification Society, 2018); The calculation parameter settings for the improved Riks method are as follows: the initial arc length increment of the static equilibrium path is set to 0.05, the arc length increment step is set to 200, the minimum arc length increment is set to 1e-5, and the maximum arc length increment is set to 0.1. The load limit value is set to 20, and the parameters for which the numerical analysis finds the answer refer to Table 2.
표 2 수치 분석이 답을 구하는 파라미터Table 2 Parameters answered by numerical analysis
Step5: 경계 조건 및 하중을 설정하고; 상단 캡 플레이트를 전부 고정시키는 위치고정방식을 이용하고, 이와 동시에, 1MPa 하중을 2개의 모델의 외부 표면에 균일하게 가하며;Step5: Set boundary conditions and loads; A positioning method is used to fix the entire upper cap plate, and at the same time, a 1MPa load is applied uniformly to the outer surfaces of the two models;
Step6: 일반 계란형 내압 하우징과 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 지지력을 획득하고; 상기 단계에 따라 설정한 후, 분석 과제를 제출하며; 분석이 종료된 후, 도 13에 도시된 바와 같이 코스 출력에서 LPF(Load proportionality factor) 곡선을 추출하며; 일반 계란형 내압 하우징의 LPF 곡선의 최대값이 4.270이기 때문에, 일반 계란형 내압 하우징의 지지력은 4.270MPa이며; 도 14에 도시된 바와 같이, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 LPF 곡선의 최대값이 18.469이기 때문에, 일반 계란형 내압 하우징의 지지력은 18.469MPa이며;Step6: Obtain the bearing capacity of the general egg-shaped pressure-resistant housing and the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing; After setting according to the above steps, submit the analysis task; After the analysis is completed, a load proportionality factor (LPF) curve is extracted from the course output as shown in Figure 13; Since the maximum value of the LPF curve of the general egg-shaped pressure-resistant housing is 4.270, the bearing capacity of the general egg-shaped pressure-resistant housing is 4.270MPa; As shown in Figure 14, the maximum value of the LPF curve of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is 18.469, so the bearing capacity of the general egg-shaped pressure-resistant housing is 18.469 MPa;
양자의 대조 결과는 도 15에 도시된 바와 같이, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 지지력은 약 일반 계란형 내압 하우징의 4.3배이고, 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 우수성과 본 출원의 믿음성을 더 증명한다.As shown in FIG. 15, the comparison results of the two show that the bearing capacity of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing is approximately 4.3 times that of the general egg-shaped pressure-resistant housing, further proving the superiority of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing and the reliability of the present application.
상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시방식일 뿐이고, 본 발명의 보호 범위는 상기 실시예에만 제약되지 않고, 본 발명의 사상에 속하는 모든 기술방안은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다. 본 기술분야의 통상적인 기술자들이 본 발명의 원리를 벗어나지 않은 전제하에 진행한 다양한 개선과 수식은 본 발명의 보호 범위로 보아야 할 것이다.The above is only a preferred implementation of the present invention, and the scope of protection of the present invention is not limited to the above embodiments, and all technical solutions within the spirit of the present invention fall within the scope of protection of the present invention. Various improvements and modifications made by those skilled in the art without departing from the principles of the present invention should be considered within the scope of protection of the present invention.
1: 스몰 엔드 캡 플레이트
2: 세로 리브
3: 환상 리브
4: 파상 계란형 분할 선체(demi hull)
5: 빅 엔드 캡 플레이트1: Small end cap plate
2: Vertical ribs
3: Annular rib
4: Wavy egg-shaped split hull (demi hull)
5: Big end cap plate
Claims (5)
상단의 스몰 엔드 캡 플레이트(1) 및 하단의 빅 엔드 캡 플레이트(5)를 포함하며;
상기 스몰 엔드 캡 플레이트(1)와 빅 엔드 캡 플레이트(5) 사이에는 파상 계란형 분할 선체(demi hull)(4)가 장착 설치되고, 상기 스몰 엔드 캡 플레이트(1)와 빅 엔드 캡 플레이트(5) 사이 및 상기 파상 계란형 분할 선체(4)의 외부에는 복수 개의 세로 리브(2)가 등거리로 장착 설치되며;
복수 개의 상기 세로 리브(2)의 중단 및 하단에는 세로 리브(2)를 연결하는 데 사용하는 환상 리브(3)가 장착 설치되는 것을 특징으로 하는 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치.In the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device,
Includes a small end cap plate (1) at the top and a big end cap plate (5) at the bottom;
A wavy egg-shaped demi hull (4) is installed between the small end cap plate (1) and the big end cap plate (5), and the small end cap plate (1) and the big end cap plate (5) are installed. A plurality of longitudinal ribs (2) are installed equidistantly between and on the outside of the corrugated egg-shaped divided hull (4);
A ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device, characterized in that annular ribs (3) used to connect the vertical ribs (2) are installed at the middle and lower ends of the plurality of vertical ribs (2).
상기 세로 리브(2)의 개수가 적어도 12개인 것을 특징으로 하는 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치.According to paragraph 1,
A ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device, characterized in that the number of the vertical ribs (2) is at least 12.
복수 개의 상기 세로 리브(2)가 스몰 엔드 캡 플레이트(1)와 빅 엔드 캡 플레이트(5) 사이에 용접 연결되는 것을 특징으로 하는 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치.According to paragraph 1,
A ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device, characterized in that a plurality of the vertical ribs (2) are connected by welding between the small end cap plate (1) and the big end cap plate (5).
상기 스몰 엔드 캡 플레이트(1) 및 빅 엔드 캡 플레이트(5)는 모두 내부에 설치된 중심단을 포함하고, 상기 중심단의 주변에는 적어도 12개의 연장단이 균일하게 배치되어 장착 설치되는 것을 특징으로 하는 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치.According to paragraph 1,
The small end cap plate (1) and the big end cap plate (5) both include a central end installed inside, and at least 12 extension ends are uniformly arranged and installed around the central end. Ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device.
구체적인 조작단계가 아래와 같이,
세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식을 확정하고, 여기에서, 세로 리브(2)의 리브 골조 윤곽 방정식은 N-R 방정식을 이용해 설계하는 단계 1;
리브드 파상 계란형 내압 하우징의 단면을 설계하는 단계 2;
하우징 전개도에 따라 줄을 치고 절단해 블랭킹(blanking)하는 단계 3;
12개의 하우징을 굽히는 단계 4;
역학공식에 근거해 세로 리브(2)의 사이즈를 확정하는 단계 5;
세로 리브(2)의 도면에 근거해 세로 리브(2)를 가공해내는 단계 6;
굽혀진 12개의 하우징을 세로 리브(2)와 조립해 용접하고; 각 세로 리브의 양변은 각각 이전의 굽혀진 하우징을 용접하고, 12개의 하우징과 12개의 세로 리브는 교차 용접해 하나의 완전한 하우징을 구성하는 단계 7;
양단의 캡 플레이트를 조립해 용접하고; 설명도의 윤곽에 근거해 상부 및 하부 캡 플레이트를 절단해내고, 다시, 이들을 각각 잘 용접된 완전한 하우징에 용접하는 단계 8;
환상 리브(3)의 도면에 근거해 환상 리브(3)를 가공해내는 단계 9;
환상 리브(3)를 내압 하우징에 조립해 용접하고; 다시, 잘 가공된 환상 리브(3)를 리브드 파상 계란형 내압 하우징 바디에 일일이 대응되게 용접하고; 리브드 파상 계란형 내압 하우징의 가공을 완료하는 단계 10;인 것을 특징으로 하는 리브드 파상 계란형 내압 하우징 장치의 가공방법.According to any one of claims 1 to 4,
The specific operation steps are as follows:
Step 1: determining the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2), where the rib frame outline equation of the longitudinal rib (2) is designed using the NR equation;
Step 2 of designing the cross section of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing;
Step 3: blanking by lining and cutting according to the housing development diagram;
Step 4 bending the 12 housings;
Step 5 of determining the size of the vertical rib (2) based on the mechanical formula;
Step 6 of processing the vertical rib (2) based on the drawing of the vertical rib (2);
The 12 bent housings are assembled and welded with the longitudinal ribs (2); Step 7, where both sides of each vertical rib are welded to the previously bent housing, and the 12 housings and 12 vertical ribs are cross-welded to form one complete housing;
Assemble and weld the cap plates at both ends; Step 8, cutting out the upper and lower cap plates based on the outline in the diagram and welding them back into each well-welded complete housing;
Step 9 of processing the annular rib (3) based on the drawing of the annular rib (3);
The annular rib (3) is assembled and welded to the pressure-resistant housing; Again, the well-processed annular ribs (3) are welded one by one to the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing body; A processing method of a ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing device, characterized in that step 10 of completing processing of the ribbed corrugated egg-shaped pressure-resistant housing.
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