[发明专利]一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法

说明书

本发明公开了一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，包括步骤一)：根据T/K/Y相贯结构实际的三维模型，建立相贯结构的坐标系，建立相贯线数学模型；步骤二)：在相贯线数学模型下进行主管坐标系和支管坐标系的变换，完成主管坐标系和支管坐标系相互间的转换关系，进而得出相贯线分别在主管坐标系和支管坐标系的参数方程；步骤三)：基于步骤一)及步骤二)建立的相贯线数学模型及相贯线参数方程，依次得出相贯线上每一点的二面角φ、坡口角、实际切割角β；步骤四)：计算相贯线坡口向量，得出主管坡口向量以及支管的坡口向量，完成T/K/Y相贯结构的坡口模型建立。本发明大大提高了导管架骑座式坡口建模的准确度及精度。

技术领域

本发明是一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，具体涉及一种用于船体结构焊接工艺设计的焊接坡口建模方法。主要应用在海上作业平台相贯结构导管架的加工组合领域。

背景技术

海洋的面积占世界面积的71％，海洋生物资源和矿产资源丰富，可供我们开发使用。海上作业平台是贯穿海洋资源开发全过程的重要设施，其结构复杂，主要由多组T/K/Y管管相贯的导管架相贯结构组合而成。搭建海洋平台的最大难点就在于导管架的组合，导管架的组合又要依赖于相贯结构的构建，即相贯结构开坡口的方式。T/K/Y相贯结构是由主管和支管相贯构建而成，分别呈现出字母T型、K型及Y型。

搭建海上平台的最大难点就在于T/K/Y相贯结构的坡口构建，即相贯结构开坡口的方式。目前有两种开坡口的方式：一种是插入式，一种是骑座式。插入式即主管开坡口，支管不开坡口，然后将支管贯穿入主管中，这样主管与支管就会形成一个V型坡口，用于焊接填充；而骑座式则是主管不开坡口，支管开坡口，这样主管和支管组合起来，就会产生一个不对称的V型坡口。相较于插入式，采用骑座式进行焊接形成的焊缝更美观，焊缝性能更好。

目前，海上作业平台中T/K/Y相贯结构开坡口的方式用的最多的就是骑座式，但是目前对相贯结构开坡口的研究仍然是插入式占主体。对骑座式的研究少之又少，此外，目前对骑座式的研究都是将主管的坡口轮廓当成直线来处理，这样都不能够很精确的表示出相贯结构的坡口，因为实际中主管的轮廓不是平面，而是具有有弧度的曲面，近似椭圆的曲面。

为了提高T/K/Y相贯结构坡口建模的准确度，提出了一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法。

发明内容

针对现有T/K/Y导管架骑座式相贯结构坡口建模技术的准确性及精度的不足，本发明提出了一种新的方法来设计主管、支管的坡口向量，完成坡口模型的建立。本发明的一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，大大提高了导管架骑座式坡口建模技术的准确性及精度。

为了实现上述发明目的，本发明可通过以下技术方案实现：

一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一)：根据T/K/Y相贯结构实际的三维模型，建立相贯结构的坐标系，建立相贯线数学模型；

步骤二)：在相贯线数学模型下进行主管坐标系和支管坐标系的变换，完成主管坐标系和支管坐标系相互间的转换关系，进而得出相贯线分别在主管坐标系和支管坐标系的参数方程；

其中，所述的相贯线的参数方程为：

式中，θ为支管的圆周角，θ的取值范围为[0,2π]，R为主管的半径，r为支管的半径，α表示相贯结构的主管与支管之间的轴夹角。

步骤三)：基于步骤一)及步骤二)建立的相贯线数学模型及相贯线参数方程，依次得出相贯线上每一点的二面角φ、坡口角实际切割角β；

首先由主管以及支管的法向量可得出二面角φ，进一步由二面角φ与坡口角的关系，即：二面角φ≥90°时，坡口角二面角φ＜90°时，坡口角得出坡口角

其中，二面角φ：