一种用于造船业和所有结构建筑的型材(球扁状)

1.本发明涉及造船业和所有结构建筑中使用的型材。


背景技术：

2.船舶和飞机在行驶过程中会受到各种内部和外部载荷。这些载荷可以是静态和/或动态的，它们直接影响船体结构的应力和形变。在实际应用中，这些船体设计成具有承受这些载荷的强度，以保持其结构的完整性。目前，这些船体是由钣金和不同的型材组成的。在造船业中使用最广泛的型材之一是灯泡异型材(球扁加强板)。这种型材在造船业中用作支架、扁钢和其他型材的替代品。常用于造船的类似的型材已经被边缘的球状物加固了，其横截面类似于字母“p”。船用型材的重量约占总重量的8％-10％。这些型材直接影响到船舶的建造、结构强度、使用寿命和生产成本。
3.发明目的
4.本发明的目的是利用所研制的型材来减小船体和航空器壳体或其他结构的应力和形变。
5.本发明的另一个目的是：延长船舶和航空器或其他结构的寿命。
6.本发明的另一个目的是；实现更坚固和更轻的船舶和航空器的建造。
7.本发明的另一个目的是：以更低的生产成本实现船舶和航空器的建造。
8.为实现上述目标而研制的型材，其灵感来自于现有型材的横截面面积和/或横截面重量以及生物体中的骨形成。所述型材的尺寸范围为：b＝80-450mm,c＝18-35mm,t＝3-20mm,r＝4-20mm,r1＝1-10mm,r2＝1-10mm,r3＝1-5mm以及x＝20-80mm。
附图说明
9.图1是型材(1)的横截面图。
10.图2是型材(1)的详细视图。
11.图3是型材(1)的详细视图。
12.图4是型材(1)的详细视图。
13.图5是型材(1)的透视图。
14.附图中所示的主要部件的标号和名称表示如下：
15.(1)型材。
16.附图中的符号以名称和解释的形式给出如下：
17.b:型材高度
18.c:半宽
19.t:厚度
20.r:半径
21.r1:半径
22.r2:半径
23.r3:半径
24.x:到中心轴的距离
25.l:长度。
具体实施方式
26.本发明涉及一种主要用于造船业、航空业和所有结构建筑中的型材(球扁状)。
27.上述型材是根据生物的骨骼结构和现有型材的横截面积和/或横截面重量研制而来的。所研制的型材的转动惯量增加了。
28.本发明具有对称的形状，两侧有球状结构，这与一些不对称的型材不同。
29.人类的长骨通常由骨头(端)和骨体组成。长骨两端膨胀的部分称为骨端(头)。由于这些骨骼的结构，人类有一个强大的骨骼系统。
30.初步的理论和数值计算结果表明，该型材的转动惯量比其他型材高3％～7％。因此，本发明的型材具有较小的形变和张力。此外，在使用相同重量的材料的情况下，本发明的型材(1)提供了更耐用的船体结构。而且，由于这新的型材结构能够减少船体中产生的应力和形变，因此可以建造更长的船型，并具有更长的寿命。
31.型材(1)的测量范围如表1所示。图1中的二维图中的值“x”表示型材顶部的椭圆几何图形中心从区域中心到y轴的距离。图1中显示的角度α＝30
°
是型材所有尺寸的固定值。
[0032][0033]
表1.型材尺寸的范围
[0034]
型材(1)的尺寸可以采用不同于表1中所示的确定极限的值。在初步研究中获得的尺寸如下：b＝140mm,c＝19mm,t＝8.24mm,r＝5.50mm,r1＝5mm,r2＝5mm,r3＝2.5mm以及x＝60mm。
[0035]
型材(1)是从现有型材的横截面面积和/或横截面重量以及生物的骨结构研制而来的。最后，它的目的是增加型材的转动惯量。基本上，其目的是增加绕型材中性轴的转动惯量，从而降低型材中的应力。
[0036]
型材中的弯曲应力计算如下：
[0037][0038]
其中，σb是弯曲应力，单位pa；m是型材中的弯矩；y是与中性轴的垂直距离；i是围绕中性轴的转动惯量，阶数为m4。由于转动惯量为四阶，增加此参数可显著降低弯曲应力。在型材(1)研制的情况下，围绕中性轴的转动惯量增加。
[0039]
对于型材(1)的强度和形变等分析，在初步的理论和数值计算范围内使用了不同的载荷和边界条件。采用有限元方法对三维实体模型进行了数值分析。
[0040]
利用有限元方法，对型材(1)进行了内置载荷和二维载荷试验。试验和获得的数据如下。
[0041]
a)固定约束边界条件下的一维载荷试验
[0042]
采用有限元方法对型材(1)的应力和形变行为进行了数值计算。固定载荷计算中使用的数据如表2所示。
[0043]
模型本发明的型材-1元类型混合高阶20节点和10节点网元元数量6068节点数量38795纵横比1.34
–
7.04正交性0.35
–
1.00加载不断分布的mpa边界条件单面固定
[0044]
表2.固定载荷试验数据
[0045]
b)固定约束边界条件下的二维载荷试验
[0046]
采用有限元方法对型材(1)的应力和形变行为进行了数值计算。固定载荷计算中使用的数据如表3所示。
[0047]
模型本发明的型材-1元类型混合高阶20节点和10节点网元元数量40789节点数量105566纵横比1.20
–
8.53正交性0.27
–
1.00加载不断分布的1mpa边界条件所有面固定
[0048]
表3.二维载荷试验数据
[0049]
绕型材(1)的x轴的转动惯量增加了约3％，绕y轴的转动惯量增加了70％。根据数值计算的结果，与用现有型材建造的面板相比，利用本发明的型材(1)建造的板材的张力减小了9％。另外，与现有的单面固定状态的型材相比，型材(1)的形变减少了11％。


技术特征：
1.一种用于造船业和所有结构建筑的型材(球扁状)，其特征在于：-有一个两侧对称的球状型材，是根据现有型材的横截面面积和/或横截面重量以及生物体中的骨形成的启发而研制的，-所述型材的尺寸范围为：b＝80-450mm,c＝18-35mm,t＝3-20mm,r＝4-20mm,r1＝1-10mm,r2＝1-10mm,r3＝1-5mm以及x＝20-80mm。2.如权利要求1所述的型材(球扁状)，其特征在于：在本发明的另一应用中，所述型材的尺寸为：b＝140mm,c＝19mm,t＝8.24mm,r＝5.50mm,r1＝5mm,r2＝5mm,r3＝2.5mm以及x＝60mm。

技术总结
本发明涉及主要用于造船业，飞机工业以及所有结构建筑中的型材。两侧对称的球状型材是根据现有型材的横截面面积和/或横截面重量以及生物体中的骨形成的启发而研制。型材的尺寸范围为：b＝80-450mm,c＝18-35mm,t＝3-20mm,r＝4-20mm,r1＝1-10mm,r2＝1-10mm,r3＝1-5mm以及x＝20-80mm。80mm。80mm。


技术研发人员：艾哈迈德
受保护的技术使用者：T.C.皮里雷斯大学
技术研发日：2019.10.28
技术公布日：2022/4/29