(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210847852.9 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 广东雄塑科技 集团股份有限公司 地址 528203 广东省佛山市南海区九江镇 龙高路敦根路段雄塑工业园 (72)发明人 杜顺钊　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 牛念 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种结构壁管的环刚度计算方法 (57)摘要 本发明涉及一种结构壁管的环刚度计算方 法， 结构壁管的管壁结构单元的横截面关于其对 称轴对称， 位于对称轴一侧的横截面的外轮廓线 包括依次连接的第一线型与第二线型， 内轮廓线 至少包括第三线型与第四线型， 包括以下步骤： 获取结构壁管相关参数； 以对称轴为Y轴， 以垂直 于Y轴的任一线型所在的直线 为X轴； 根据相关参 数， 分别计算外轮廓线以及内轮廓线所有线型的 解析式； 根据解析式， 计算各相邻线型相 交的特 征点的坐标； 根据解析式以及各特征点的坐标， 分别计算出管壁结构单元截面的面积s波、 面积矩 S波以及惯性矩I波； 进而根据管材参数、 材料参数 计算得到 管壁结构单元的质心、 管壁结构单元质 心惯性矩、 管壁结构单元截面每延米惯性矩以及 中性轴距； 从而得出 结构壁管的环刚度。 权利要求书5页 说明书11页 附图2页 CN 115292832 A 2022.11.04 CN 115292832 A 1.一种结构壁管的环刚度计算方法， 其特征在于， 所述结构壁管的管壁结构单元的横 截面关于其对称轴对称， 位于所述对称轴一侧的横截面的外轮廓线自上而 下依次包括多 条 第一线型， 各所述第一线型为直线或圆弧中的一种， 位于所述对称轴同一侧的横截面的内 轮廓线自上而下依 次包括多条第二线型， 各所述第二线型为直线或圆弧中的一种， 所述计 算方法包括以下步骤： S1： 获取结构壁管的管 材参数、 管壁结构单 元参数以及材 料参数； S2： 以对称轴为Y轴， 以垂直于 Y轴的任一线型 所在的直线为X轴， 建立XY坐标系； S3： 根据XY坐标系以及步骤S1得到的管壁结构单元参数， 分别计算外轮廓线以及内轮 廓线所有 线型的解析式； S4： 根据步骤S3得到的解析式， 计算各相邻线型相交的特 征点的坐标； S5： 根据步骤S3得到的各线型的解析式以及步骤S4得到的各特征点的坐标， 分别计算 出管壁结构单 元截面的面积s波、 面积矩S波以及惯性矩I波； S6： 根据步骤S5得到的管壁结构单元截面的面积s波、 面积矩S波、 惯性矩I波以及管材参 数、 材料参数计算得到管壁结构单元的质心、 管壁结构单元质心惯 性矩、 管壁结构单元截面 每延米惯性矩以及中性轴距； S7： 根据管壁结构单元的质心、 管壁结构单元质心惯性矩、 管壁结构单元截面每延米惯 性矩以及中性轴距得 出结构壁管的环刚度。 2.根据权利要求1所述的结构壁管的环刚度计算方法， 其特征在于， 所述结构壁管为双 壁波纹管， 所述外轮廓线的多条第一线型依次为波顶圆弧ab、 波顶圆角bc、 外斜边c d、 波底 圆角de、 第一水平线段ef、 第一垂直线段fg、 第二水平线段hg， 所述内轮廓线的多条第二线 型依次为第三垂直线段ai、 内波顶圆弧ij、 内波顶圆角jk、 内斜边kl、 第三水平线段ml以及 第二垂直线 段mh， 所述波顶圆弧ab与波顶圆角bc相切于b点， 所述波顶圆角bc与外斜边cd相 切于c点； 所述内波顶圆弧ij与内波顶圆角jk相切于j点， 所述内波顶圆角jk与内斜边kl相 切于k点； 在所述步骤S1中， 所述管材参数包括管材平均内径ID； 管壁结构单元参数包括外层壁 厚E外、 内层壁厚E内、 层压壁厚E层、 波距L、 波宽B、 波高H、 倾角 α、 波顶圆弧ab的半径为Rr1、 波顶 圆角bc的半径为Rr2以及波底圆角de的半径为Rr3； 所述材料参数包括材料模量E以及材料密 度ρ； 在所述步骤S2中， 以第一水平线段ef所在直线为X轴， 以第三垂直线段ai所在直线为Y 轴， 建立XY坐标系； 在所述步骤S3中， 分别计算波顶圆弧ab、 外斜边cd、 波底圆角de、 波顶圆角bc、 内波顶圆 弧ij、 内波顶圆角jk、 内斜边kl、 第二水平线 段hg、 第三水平线 段ml、 第一垂 直线段fg的解析 式； 在所述步骤S4中， 根据步骤S3得到的解析式， 计算各特征点a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h、 i、 m以及 n点的坐标； 在所述步骤S5中， 根据步骤S3得到的各线型的解析式以及步骤S4得到的各特征点的坐 标， 分别计算出 管壁结构单 元截面的面积s波、 面积矩S波以及惯性矩I波； 在所述步骤S6中， 据步骤S5得到的管壁结构单元截面的面积s、 面积矩S、 惯性矩I以及 材料的密度、 弯曲模量以及管材的平均内径ID、 管材长度L管计算得到管壁结构单元的质心、权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115292832 A 2管壁结构单 元质心惯性矩、 管壁结构单 元截面每延米惯性矩以及中性轴距； 在所述步骤S7中， 根据管壁结构单元的质心、 管壁结构单元质心惯性矩、 管壁结构单元 截面每延米惯性矩以及中性轴距得 出结构壁管的环刚度。 3.根据权利要求2所述的结构壁管的环刚度计算方法， 其特 征在于， 在所述 步骤S3中： 波顶圆弧ab的解析式为: 其中， 波顶圆弧ab的半径为 Rr1， 其圆心r1为(ar1， br1)， ar1＝0， br1＝H‑Rr1； 外斜边cd的解析式为： y＝ kcd(x‑bcd)， 其中， kcd＝‑tanα， 波底圆角de的解析式为： 其中， 波底圆角de的半径为 Rr3， 其圆心r3为(ar3， br3)， br3＝Rr3； 波顶圆弧bc的解析式求 解过程具体如下： 以 点 r 1 为 圆 心 ，线 段 r 1 r 2 为 半 径 作 辅 助 圆 弧 r 4 ，设 其 解 析 式 为 ： 其中： ar4＝0， br4＝H‑Rr1， Rr4＝Rr1‑Rr2； 平行线段cd， 过点r2作辅助线L2， 设其解析式为： y＝kcd(x‑bL2)， 其中： kcd＝‑tanα， 令辅助圆弧r4和辅助线L2的解析式相等， 通过化简可 得一元二次方程 Ar4L2x2+Br4L2x+Cr4L2＝0， 其中Ar4L2＝1+kcd2， Br4L2＝‑2(ar4+kcd2bL2+br4kcd)， Cr4L2＝ar42+(br4 +kcdbL2)2‑Rr42， 通过计算可 得点r2坐标(xr2， yr2)； 即波顶圆弧bc的解析式为： 其中， ar2＝xr2， br2＝yr2； 内波顶圆弧ij的解析式为： 其中： ar1＝0， br1＝H‑ Rr1， Rr1’＝Rr1‑E外； 内波顶圆角jk的解析式为： 其中： ar2＝xr2， br2＝yr2， Rr2’ ＝Rr2‑E外； 内斜边kl的解析式为： y＝ kkl(x‑bkl)， 其中： kkl＝‑tanα， 第三水平线段ml的解析式为： y＝bml， 其中： bml＝E内‑E层； 第二水平线段hg的解析式为： y＝bhg， 其中： bhg＝‑E层。 4.根据权利要求3所述的结构壁管的环刚度计算方法， 其特征在于， 在所述步骤S4中， 特征点a的坐标为(0， H)， 特 征点i的坐标为(0， H ‑E外)， 求取特征点b的坐标如下， 先设线段r1b为辅助线L3， 设其解析式为： y＝kL3x+bl3， 其中： bL3＝br2‑ar2kL3； 令波顶圆弧ab和辅助线L3  的解析式相等， 通过化简可得一元权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115292832 A 3