構(gòu)件展開概述

1、項(xiàng)目五 船體構(gòu)件展開第一節(jié)概述一、構(gòu)件展開的概念展開是將那些在投影圖上不能表示真實(shí)形狀的空間曲面的實(shí)形求出，并攤開在平面上的過程。船體構(gòu)件展開的主要目的是為了繪制號(hào)料草圖或樣板，以便在平直的鋼材上號(hào)料。船體構(gòu)件分為平面構(gòu)件和曲面構(gòu)件。平面構(gòu)件的展開較簡單，而曲面構(gòu)件的展開相對(duì)復(fù)雜，曲面又分為可展曲面和不可展曲面兩大類?？烧骨婺芡ㄟ^幾何作圖法精確地求出其展開的真實(shí)形狀，大部分船體內(nèi)部構(gòu)件和舾裝件屬于可展曲面構(gòu)件。不可展曲面則不可能運(yùn)用幾何作圖法求得其精確的展開圖形，船體外板曲面多屬于這類。在手工放樣中，不可展曲面外板采用幾何作圖法近似展開，在號(hào)料時(shí)用加放余量的方法對(duì)展開誤差予以補(bǔ)償。某些曲度特

2、別復(fù)雜的外板（如軸殼板、尾部球形板等），用幾何作圖法近似展開誤差較大，故一般不用此法，而是先制作樣箱，然后用油氈和軟紙板覆蒙出其展開形狀。二、構(gòu)件展開的基本原理不可展曲面構(gòu)件的展開原理可借助微分學(xué)的概念來進(jìn)行說明。在一條曲線上截取一段，則線段取得越短就越接近于直線。同樣道理，在一個(gè)曲面線取一小塊，截取的曲面越小就越接近于平面。顯然當(dāng)所取曲面最大直徑無限小，這塊小曲面就無限趨近于平面，以至于可以認(rèn)為它就是一個(gè)小平面，因此也可以攤平在平面上。如果將整個(gè)曲面看成由無限個(gè)小曲面組成，并使每個(gè)小曲面趨向于無窮小，那么這些曲面都可以看作是平面，都能攤平在平面上，這樣整個(gè)曲面就可以攤平在平面上了。船體構(gòu)件的

3、近似展開，正是采用了這樣的原理，即將構(gòu)件劃分許多小塊（三角形或四邊形），當(dāng)然不用像上面所說的那樣趨向于無窮小，只要能滿足精度要求即可。這樣我們可以把小塊曲面當(dāng)作平面或單向曲度的曲面進(jìn)行展開，以代替整體上的曲面。這就是雙向曲度構(gòu)件展開的基本思想。雙向曲度構(gòu)件，特別是雙曲度外板，近似展開的方法很多，只是方法的繁簡和展開結(jié)果的精確度不同而已。三、構(gòu)件展開的基本方法展開船體構(gòu)件的幾何作圖方法，一般可分為撐線法、準(zhǔn)線法兩大類。另外，展開折角龍骨底板和折角內(nèi)底板等構(gòu)件時(shí)，通常使用旋轉(zhuǎn)法。1撐線法將曲面構(gòu)件分割成許多小三角形（或有約束條件限制的小四邊形），利用三角形等形狀的穩(wěn)定性進(jìn)行構(gòu)件展開的方法稱為撐線法

4、。對(duì)應(yīng)于小三角形的撐線法也稱為三角線法或三角形法。三角線法的基本思想是，將不可展曲面等分割成一定數(shù)量的小曲面三角形，將小曲面三角形的三條曲線邊近似看作直線邊，并求出其實(shí)長，即可依次撐線展開所有的小三角形，從而得到整個(gè)展開圖。撐線法從理論上講是一種萬能展開法，只要把曲面分割得足夠小，展開后就能達(dá)到所需的精確度。撐線法不僅可用來展開各種船體舾裝件和縱桁等縱向構(gòu)件，還可用來展開外板（特別是舷墻板或橫向曲度較小的外板）、和內(nèi)底板等。另外，撐線法還可以在其它展開方法中起到解決如何劃分曲面和求實(shí)長等問題的作用。但撐線法本身幾何作圖過程步驟較多，若三角形等分割得愈多，則操作愈繁瑣；且存在一定的誤差，曲面的曲

5、度愈大或三角形頂點(diǎn)間距愈大，則誤差也愈大。因此撐線法一般用于舾裝件、舷墻板或橫向曲度較小的外板外縱向構(gòu)件的展開。2準(zhǔn)線法在近似展開縱向構(gòu)件或船體外板時(shí)，常用的方法是利用肋骨型線圖和板縫線將縱向構(gòu)件或外板分割成許多四邊形進(jìn)行近似展開。但從幾何上講，即使四邊形的四個(gè)邊為已知或已求出，如果不加任何約束也無法唯一確定四邊形的形狀。因此，還必須加一根能夠確定四邊形各邊相對(duì)位置的基準(zhǔn)線作為約束條件，才能按四邊形作圖法逐步求出展開的圖形。這種起約束作用的基準(zhǔn)線稱為準(zhǔn)線，這種將不可展曲面分割成若干四邊形，利用準(zhǔn)線加以約束為四邊形定形進(jìn)行構(gòu)件展開的方法稱為準(zhǔn)線法。船體構(gòu)件展開中使用的準(zhǔn)線種類很多，準(zhǔn)線不同其作法

6、不同，相應(yīng)的展開方法也不相同。根據(jù)準(zhǔn)線的名稱和作法以及形狀的不同，準(zhǔn)線法又可分為測(cè)地線法、十字線法、定線法和中法線法等。不同的準(zhǔn)線法適用于不同構(gòu)件的展開且各有其優(yōu)缺點(diǎn)，將在以后章節(jié)詳細(xì)介紹。應(yīng)該指出，一種展開方法可以用來展開許多種船體構(gòu)件，外板的展開方法不僅可以用來展開雙曲度外板，同樣可以展開其它外板和船體縱橫構(gòu)件。3旋轉(zhuǎn)法在折角龍骨底板和折角內(nèi)底板等構(gòu)件的展開中，構(gòu)件各肋位剖線、橫縫線與縱縫線的交點(diǎn)總是繞折角線旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中，這些點(diǎn)始終在折角線的垂線上移動(dòng)，直到構(gòu)件轉(zhuǎn)平為止。應(yīng)用這種旋轉(zhuǎn)的方式來展開船體構(gòu)件的方法稱為旋轉(zhuǎn)法。四、構(gòu)件展開的三要素利用肋骨型線圖展開船體構(gòu)件時(shí)，通過總結(jié)各種展

7、開方法，可以得出應(yīng)先掌握展開的三要素，即：求投影線實(shí)長、求肋骨彎度（俗稱“沖勢(shì)”）和確定準(zhǔn)線。1求投影線實(shí)長根據(jù)展開的概念可知，構(gòu)件展開圖上各曲線的長度應(yīng)為實(shí)際真實(shí)長度。平面曲線在與其平行的投影面上的投影反映曲線的實(shí)形實(shí)長。因此肋骨線和橫縫線在肋骨型圖上反映實(shí)長，準(zhǔn)線、上下縱縫線和縱向構(gòu)件邊界線等空間曲線一般在肋骨型線圖不能反映實(shí)長，而且這些空間曲線在型線圖的三個(gè)剖線圖上均未反映其真實(shí)長度。展開船體構(gòu)件時(shí)，必須求出這些曲線的實(shí)際真實(shí)長度，這一過程稱為求實(shí)長。一般船體表面沿船長方向上的曲度變化是和緩的，所以，船體表面上的縱向曲線，在很短的間距（一個(gè)肋距）內(nèi)可視之為一段直線，這在造船生產(chǎn)中是足夠精

8、確的。如圖51a）所示為船體表面上一根縱向曲線在一個(gè)肋距內(nèi)的空間幾何關(guān)系。曲線是船體表面上的一段縱向曲線段；曲線是它在肋骨型線圖上的投影，其長度為K（沿曲線量?。恢本€的長度為肋骨間距L。若視曲線為直線段，并取，則、和有如圖51b)所示的直角三角形（簡稱“實(shí)長三角形”）關(guān)系，斜邊長（亦稱為伸長肋距）近似為的實(shí)長，在展開中經(jīng)常采用這種直角三角法求曲線的實(shí)長。即有圖51空間曲線實(shí)長的求法同樣，可以將跨越數(shù)個(gè)肋距的縱向曲線的實(shí)長求出。如圖51c）所示，用樣條沿著該曲線在肋骨型線圖上的投影，錄下其與各肋骨線的交點(diǎn)1、2、3、4；利用縱剖線圖或半寬水線圖上的肋骨站線，將伸直后樣條上的各交點(diǎn)轉(zhuǎn)錄到對(duì)應(yīng)肋骨

9、站線上，得如圖51d）所示的點(diǎn)l、2、3、4；然后將各點(diǎn)連成光順曲線，就是所求空間曲線的實(shí)長線。在肋骨型線圖上任一曲線在二肋骨線間的長度稱為級(jí)數(shù)，求其實(shí)長叫級(jí)數(shù)伸長。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)船體表面曲線在肋骨型線圖上肋骨間的投影長度較小時(shí)，可以查閱肋骨級(jí)數(shù)表的方法來求得級(jí)數(shù)伸長值。級(jí)數(shù)查表法簡單實(shí)用，其道理與三角形法完全一樣，只是根據(jù)直角三角形關(guān)系將各種肋距和級(jí)數(shù)時(shí)的實(shí)長計(jì)算出來并制成表格，以便于應(yīng)用。肋骨級(jí)數(shù)表見附錄一。2求肋骨彎度（沖勢(shì)）1）肋骨彎度的概念船體型表面雖然是個(gè)復(fù)雜的曲面，但在某一較小范圍內(nèi)，曲面曲度的變化是漸變而非突變的。確定肋骨線在外板展開圖上的形狀時(shí)，可將船體外板近似看成圓柱面，

10、如圖52所示。平行中體部分，由于圓柱面的母線與船體中心線平行，且垂直于肋骨剖面，因此，圓柱外板的法面與肋骨剖面平行（或重合），在其展開圖上肋骨線呈直線，且與圓柱面的母線垂直，展開圖上的肋骨曲線與過其弦線的相應(yīng)法面展開線（呈直線）是重合的，其間無拱度存在。在艏、艉部分，由于圓柱外板的母線與船體中心線不平行且與肋骨剖面不垂直，因此，外板法面與肋骨剖面斜交，在展開圖上肋骨線呈曲線形狀。展開圖上肋骨曲線與過其弦線的相應(yīng)法面展開線（呈直線）間的最大拱度稱為肋骨彎度（圖52中的s）。圖52肋骨彎度的幾何概念注意：根據(jù)肋骨彎度的概念可知，在構(gòu)件展開圖中，肋骨彎度在垂直于肋骨線弦線的直線上。2）肋骨彎度的求取

11、肋骨彎度可用幾何作圖法、計(jì)算法或?qū)Ｓ昧烤咔笕　D53肋骨彎度的求法圖53a）表示在一個(gè)肋距（肋距為L）范圍內(nèi)一小塊外板（由O、A、P、Q、B、R諸點(diǎn)圍成）的空間圖與肋骨型線圖的投影關(guān)系。和是外板的縱縫線的一部分，和分別為2和3肋骨剖面上的肋骨線，為肋骨線在3肋骨剖面上的投影，是展開外板用的準(zhǔn)線（相當(dāng)于圓柱面的母線），是在3肋骨剖面上的投影，是3肋骨線對(duì)應(yīng)的弦線，過弦線的法面與外板的交線是，法面與準(zhǔn)線所在的平面的交線在空間上垂直于。如圖53b）所示，m為肋骨型線圖上肋骨線與其弦線間的準(zhǔn)線長度；K為肋骨型線圖上相鄰兩肋骨線間的準(zhǔn)線長度。注意：m和K均為肋骨型線圖上相應(yīng)準(zhǔn)線的曲線投影長度。如圖53c

12、）所示，為該外板的展開圖，圖上曲線為3肋骨線的展開線，直線為法面上曲線的展開線，根據(jù)肋骨彎度的概念，兩者之間的最大拱度（即的長度）3肋骨線的肋骨彎度（用s表示）。如圖53d）所示，表示的是圖53a）中準(zhǔn)線平面上直角三角形AAB和直角三角形BCD，手工放樣就是用幾何作圖法畫出這樣兩個(gè)直角三角形求取肋骨彎度s，具體的作圖方法如下：（1）在肋骨型線圖上，過肋骨線與上、下縱縫線上的交點(diǎn)作肋骨弦線。（2）在肋骨型線圖上，量取肋骨線與其弦線間的準(zhǔn)線長度m和相鄰兩肋骨線間的準(zhǔn)線長度K值。（3）圖53d）所示，根據(jù)肋距L和K值作的直角三角形AAB，且在長為K值的直角邊上截取m，作斜邊的垂線，得肋骨彎度大小（即

13、為s大?。Ｉ鲜錾戏ㄊ乔罄吖菑澏却笮〉耐ㄓ梅椒?，若在肋骨型線圖上準(zhǔn)線與肋骨線弦線垂直，則可在準(zhǔn)線實(shí)長線上求取，如圖54所示。這樣作圖求解方法與圖53d）所示的方法本質(zhì)一致，只不過是省略了直角三角形AAB的作圖過程。不過s值應(yīng)落在省略了的直角三角形AAB的斜邊上，這就必須注意m值是在準(zhǔn)線實(shí)長線的上方還是下方，否則會(huì)產(chǎn)生肋骨彎度概念上的錯(cuò)誤。圖54在準(zhǔn)線實(shí)長線上求取肋骨彎度的大小在圖53d）中，根據(jù)AAB和BCD的幾何相似關(guān)系，可得肋骨彎度的計(jì)算法求取公式或在實(shí)際應(yīng)用中，肋骨彎度s的大小可用專用圖表或量具（如圖55所示）量得比較方便。圖55肋骨彎度量具在求取肋骨彎度時(shí)，值得一提的是：（1）肋骨彎度

14、雖然在一定程度上反映了肋骨曲線的彎曲程度，但肋骨曲線的彎曲程度越大，并不意味則其肋骨彎度值越大。如圖53所示，船體構(gòu)件展開時(shí)，具備下述特征的構(gòu)件在展開圖上法面展開線與肋骨線重合或平行，其肋骨彎度值為零。K0，m0：肋骨線在肋骨型圖上的投影為一曲線的構(gòu)件。K0，m0：肋骨線在肋骨型圖上的投影為若干平行直線的構(gòu)件。K0，m0：肋骨線在肋骨型圖上的投影為一直線的構(gòu)件。（2）由于船體表面畢竟不是圓柱面，所以外板展開后的各肋骨線的肋骨彎度是不同的。（3）在展開一塊跨越若干檔肋距的船體外板時(shí)，對(duì)每一檔肋骨線均可用幾何作圖法求得肋骨彎度，但由于船體表面縱向曲度變化是協(xié)調(diào)的，一般只需求出中間肋骨的肋骨彎度，當(dāng)

15、由中間肋骨向外板兩端依次拼接每一肋距間的展開四邊形時(shí)，自行產(chǎn)生其它各肋骨線的肋骨彎度。3）肋骨彎度的方向外板展開圖上肋骨彎度的彎曲方向按下述規(guī)律分布：（1）凡屬正彎形外板（外板呈外凸彎曲形狀），展開后肋骨彎度的方向一律朝向船體中部，在展開圖上肋骨彎度值應(yīng)在法線向船中的一側(cè)加放。（2）反彎形外板（外板呈內(nèi)凹彎曲形狀）的肋骨彎度方向，在艏部朝向艏，在艉部朝向艉，在展開圖上肋骨彎度值應(yīng)在法線離開船中的一側(cè)加放。然而不論哪種情況，都有統(tǒng)一的以下規(guī)律：外板展開圖上的肋骨彎度的方向應(yīng)與肋骨型線圖上對(duì)應(yīng)肋骨曲線的彎曲方向一致。例如：如圖523所示，肋骨型線圖和外板展開圖上的4肋骨線的凸出方向均朝向3肋骨線，兩者方向一致。在展開船體外板時(shí)，可根據(jù)此規(guī)律很容易判定出外板展開圖上肋骨線的肋骨彎度方向，且可用來檢驗(yàn)展開圖上肋骨彎度的