本发明专利技术公开了一种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。本发明专利技术大大提高了导管架骑座式坡口建模的准确度及精度。坡口建模的准确度及精度。坡口建模的准确度及精度。
【技术实现步骤摘要】
一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法
[0001]本专利技术是一种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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
技术实现思路
[0006]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，本专利技术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。本专利技术的一种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。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术可通过以下技术方案实现：
[0008]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：
[0009]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；
[0010]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；
[0011]其中，所述的相贯线的参数方程为：
[0012][0013][0014]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。
[0015]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；
[0016]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
[0017]其中，二面角φ：
[0018]φ＝arccos((cosθcosγ+sinθsinγcosα))
ꢀꢀꢀ
(3)
[0019]式中，γ为主管的圆周角，其大小为：
[0020][0021]其中，e为主管与支管坐标系之间的偏心距；
[0022]坡口角
[0023][0024]最初得出的实际切割角β为：
[0025][0026]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。
[0027]所述的支管的坡口向量采用向量共面法得出，即：
[0028][0029]式中，n
m
、n
b
分别为主管和支管的切平面的法向量，μ为主管切平面法向量n
m
与支管坡口向量n
p
之间的夹角，σ为支管切平面法向量与支管坡口向量n
p
之间的夹角，a、b代求系
数，分别为主管和支管的切平面的法向量前的系数；
[0030]同样，主管的坡口向量n
g
采用向量共面法得出，
[0031]n
g
＝[(R cosγ1‑
R cosγ0),a sinγsinα,(R sinγ1‑
R sinγ0)]ꢀꢀꢀ
(8)。
[0032]本专利技术的有益效果是：
[0033]本专利技术提出的T/K/Y相贯结构坡口建模方法，较于传统的坡口向量建模或设计来说，更加简便、精准，大大提高了导管架骑座式坡口建模的准确度及精度。
附图说明：
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
[0035]图1为本专利技术的总体方案流程图；
[0036]图2为本专利技术实施例中相贯结构坐标系的主视图；
[0037]图3为本专利技术实施例中相贯结构坐标系的侧视图；
[0038]图4为本专利技术实施例中的二面角、实际切割角和坡口角之间的关系图；
[0039]图5为本专利技术实施例中的坡口之间各个向量之间的示意图；
[0040]图6为本专利技术实施例中的相贯线仿真图；
[0041]图7为本专利技术实施例中的支管坡口向量仿真图；
[0042]图8为本专利技术实施例中的主管坡口向量仿真图；
[0043]图9为本专利技术实施例中的主管支管坡口向量组合而成的坡口三维示意图；
[0044]图10为本专利技术实施例中的相贯结构骑座式开坡口的最终仿真图；
[0045]图11为本专利技术实施例中的相贯结构坡口模型的局部放大图。
[0046]具体实施：
[0047]下面结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例用于说明本专利技术,但不用来限制本专利技术的范围。
[0048]实施例中以主管半径R＝100mm,支管半径r＝60mm，轴夹角α＝50
°
，偏心距e＝10mm为例。
[0049]如图1所示，本专利技术的总体方案流程图。本专利技术提供了一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，包括以下步骤：
[0050]步骤一)：根据T/K/Y相贯结构实际的三维模型以及实施例中的主管、支管的半径、轴夹角、偏心距的大小，建立相贯结构的坐标系，建立相贯线数学的模型。如图2、3所示，本专利技术实施例中相贯结构坐标系的主视图及侧视图，其中O
‑
XYZ坐标系为主管坐标系，O
‑
X1Y1Z1坐标系为支管坐标系；
[0051]步骤二)：在步骤一建立好的相贯线数学模型下进一步进行主管和支管坐标系的变换，得出它们相互间的转本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种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；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、坡口角、实际切割角；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。2.根据权利要求1所述的一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，其特征在于，所述步骤二）中，所述的相贯线的参数方程为：
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（1）
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（2）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。3.根据权利要求1所述的一种T/K/Y相贯结构的坡口建模方法，其特征在于，所述步骤三）中，首先由主管以及支管的法向量可得出二面角，进一步由二面角与坡口角的关系，即：二面角时，坡口角，二面角时，坡口角，得出坡口角；其中，二面角：
ꢀꢀꢀꢀꢀ...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌荣，周孙盛，何华，练国富，冯美艳，黄旭，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：
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