1.本发明涉及船舶结构领域，特别涉及一种铸钢与锻钢组合型艉轴包结构的线型构造方法及其结构。
背景技术：
2.随着海洋资源的不断开发，船舶载重量越来越大，船体结构重量越来越大。艉轴包是连接船舶艉轴和船体的重要结构，是船舶推进系统和船体艉部结构强度的保障，起到承载艉轴和将船舱与海水隔离的作用。传统的艉轴包基本上都采用铸钢件，这样不仅使得艉轴包的质量很重，而且由于浇铸工艺的特点使得铸钢件成品缺陷较多。为了达到需要的结构强度，铸钢件只能通过增大结构厚度保证承载要求。传统艉轴包结构是一个整体铸钢件，不但质量重刚度低，而且铸钢件在铸造过程中很容易产生结构缺陷，铸钢件的制造难度高。
3.公开号cn 209479888u的专利申请公开了一种改进后的渔船用铸钢艉柱，包括铸钢艉柱，铸钢艉柱包括底骨、与底骨相连接的艉轴，艉轴与底骨垂直连接，艉轴与底骨连接处平滑过渡，艉轴上端向左侧弯曲，艉轴中部设有轴孔，艉轴横截面为等腰梯形，艉轴横截面左端设有圆倒角，简化了渔船用铸钢艉柱的结构。
4.该现有技术艉轴采用铸钢件，不仅使得艉轴包的质量很重，而且由于浇铸工艺的特点使得铸钢件成品缺陷较多，且艉轴线型没有确认最优线型，质量有待提高。
5.为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于提供一种铸钢与锻钢组合型艉轴包结构的线型构造方法及其结构，焊接工序可以减少船体结构内部残余应力，结构比传统的铸钢件减少了体积和质量，且增大了刚度。
7.本发明采用的技术方案是：一种铸钢与锻钢组合型艉轴包结构的线型构造方法，包括以下步骤：步骤1：确定基础线型结构：根据圆锥曲线的绕流性能选择以双曲线为基础的线型结构，采用上下对称设计，弧度半径较大有助于流体的回转，当受到流体冲击时可以较好的将流体的能量向左后方转移出去；步骤2：确定双曲线方程：根据锻钢件i设计的高度与纵深大致确定缩比模型需要经过五个点，分别为a（0，13）、b（2，11）、c（4，8）、d（4，5）和e（2，2），从而确定双曲线方程为：x
2-2y
2-24x 26y=0，此方程为线型一方程；步骤3：构造对比线型二：考察基础线型与对比线型的优缺点，从线型纵深与开口大小来设计线型，同样在确定曲线方程之前先确定各线型所经过的坐标点，将线型二的开口变小，纵深变大，得出五个坐标点分别为a’（0，10）、b’（4，10）、c’（6，8）、d’（6，5）和e’（4，2）,从而确定对比线型二的方程为：-5x2 3xy-6y
2-10x 60y=0；步骤4：构造对比线型三：线型三是在线型一的基础上不改变开口大小，只改变线
型纵深得出的，同样得出五个坐标点分别为a
’’
（0，13）、b
’’
（4，11）、c
’’
（7，8）、d
’’
（7，5）和e
’’
（4，2），从而确定对比线型三的方程为：-x
2-14y
2-73x 182y=0；步骤5：进行不同线型结构的强度优化分析，分析建模、变形分析、应力分析、最优结果确认；步骤6：艉轴包结构确认最优线型后，焊接船舶舱室竖隔板，焊接艉轴包锻钢件i与舱室竖隔板，焊接艉轴包铸钢件ii与锻钢件i，焊接舱室横隔板与舱室竖隔板、艉轴包。
8.优选的，步骤5中，分析建模为在ansys中对结构水平方向施加200mpa的压强，来模拟锻钢件i受螺旋桨旋转推力的作用，模型采用上下端全固定的方式，运用结构钢作为计算材料。
9.优选的，步骤5中，变形分析为通过线型一、线型二、线型三的结构总变形，进行计算，计算显示，线型一的结构最大变形量为2.17mm，发生在流体冲击点与其上下对称的结构处，线型二的结构最大变形量为22.74mm，发生在流体冲击点与结构中部，线型三的结构最大变形量为1.86mm，发生在流体冲击点与其上下对称的结构处，线型一与线型三在同样受到200mpa的冲击压强情况下，都保持着较小的变形量，线型三的变形量最小，而线型二的变形量是线型一和线型三的十倍之多。
10.优选的，步骤5中，应力分析为线型一的最大等效应力为16506mpa，线型二的最大等效应力为48315mpa，线型三的最大等效应力为16276mpa，线型一、线型二、线型三的最大等效应力均发生在两端固定点处，和总变形的分析结果相同，线型一和线型三在受到同样的冲击压强下，固定端都保持着较小的等效应力，线型三的等效应力最小，线型二的固定端等效应力偏大。
11.优选的，步骤5中，确认最优结果，线型三的结构无论是总变形量还是等效应力结果，都是三种线型中最优的结构。
12.通过采用上述结构，对锻钢件的不同线型计算了船艉结构强度，寻找出较优的船艉线型结构，制造工艺良好，方便艉轴包和舱室更灵活的焊接成型。
13.优选的，艉轴包结构由锻钢件i、铸钢件ii组成，在锻钢件i靠近铸钢件ii的一侧端部有锻钢件方形截面i，在锻钢件方形截面i下端有在两侧对称的开了两个60
°
坡口的锻件尖端，在铸钢件ii靠近锻钢件i的一侧端部设有铸钢件方形截面ii。
14.通过采用上述结构，新艉轴包结构的锻钢件具有较好的抗冲击性能，能够较好的将冲击能量释放出去。
15.优选的，锻件尖端与铸钢件方形截面ii之间留有一条缝隙，锻件尖端与铸钢件方形截面ii靠近的一侧是较短的平底结构，锻件尖端与锻钢件方形截面i之间采用圆弧过渡。
16.通过采用上述结构，艉轴包结构具有更好的结构刚度。
17.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本发明线型构造方法，对锻钢件的不同线型计算了船艉结构强度，寻找出较优的船艉线型结构，制造工艺良好，方便艉轴包和舱室更灵活的焊接成型。
18.2、本发明的艉轴包结构选择双曲线为锻钢件的线型，当受到流体冲击时可以较好的将流体的能量向左后方转移出去，锻钢件具有较好的抗冲击性能，能够较好的将冲击能量释放出去。
19.3、本发明的艉轴包焊接工序可以减少船体结构内部残余应力，艉轴包结构具有更
好的结构刚度，且艉轴包大部分结构采用了锻钢件，具有更低的制造难度和更轻的质量。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细叙述。
21.图1为本发明的艉轴包结构图；图2为图1中a处细节放大图；图3为图2中b处细节放大图；图4为线型一、二、三的坐标示意图；图5为线型一、二、三的锻钢件i受外力总变形云图；图6为线型一、二、三的锻钢件i受外力等效应力云图；图7为艉轴包与舱室的制造工序图。
22.其中：1、舱室竖隔板；11、舱室横隔板；2、锻钢件i；21、锻钢件方形截面i；211、锻件尖端；3、铸钢件ii；31、铸钢件方形截面ii；4、坡口。
实施方式
23.如图1-7所示，一种铸钢与锻钢组合型艉轴包结构的线型构造方法，包括以下步骤：步骤1：确定基础线型结构：根据圆锥曲线的绕流性能选择以双曲线为基础的线型结构，采用上下对称设计，弧度半径较大有助于流体的回转，当受到流体冲击时可以较好的将流体的能量向左后方转移出去；步骤2：确定双曲线方程：根据锻钢件i2设计的高度与纵深大致确定缩比模型需要经过五个点，分别为a（0，13）、b（2，11）、c（4，8）、d（4，5）和e（2，2），从而确定双曲线方程为：x
2-2y
2-24x 26y=0，此方程为线型一方程；步骤3：构造对比线型二：为了较全面的考察基础线型与对比线型的优缺点，从线型纵深与开口大小来设计线型，同样在确定曲线方程之前先确定各线型所经过的坐标点，将线型二的开口变小，纵深变大，得出五个坐标点分别为a’（0，10）、b’（4，10）、c’（6，8）、d’（6，5）和e’（4，2）,从而确定对比线型二的方程为：-5x2 3xy-6y
2-10x 60y=0；步骤4：构造对比线型三：线型三是在线型一的基础上不改变开口大小，只改变线型纵深得出的，同样得出五个坐标点分别为a
’’
（0，13）、b
’’
（4，11）、c
’’
（7，8）、d
’’
（7，5）和e
’’
（4，2），从而确定对比线型三的方程为：-x
2-14y
2-73x 182y=0；步骤5：进行不同线型结构的强度优化分析，分析建模、变形分析、应力分析、最优结果确认；步骤6：艉轴包结构确认最优线型后，焊接船舶舱室竖隔板1，焊接艉轴包锻钢件i2与舱室竖隔板1，焊接艉轴包铸钢件ii3与锻钢件i2，焊接舱室横隔板11与舱室竖隔板1、艉轴包。
24.步骤5中，分析建模为在ansys中对结构水平方向施加200mpa的压强，如图4中箭头所指处，来模拟锻钢件i2受螺旋桨旋转推力的作用，模型采用上下端全固定的方式，运用结构钢作为计算材料。变形分析为通过如图5所示的线型一、线型二、线型三的结构总变形云图，进行计算，计算显示，线型一的结构最大变形量为2.17mm，发生在流体冲击点与其上下
对称的结构处，线型二的结构最大变形量为22.74mm，发生在流体冲击点与结构中部，线型三的结构最大变形量为1.86mm，发生在流体冲击点与其上下对称的结构处，线型一与线型三在同样受到200mpa的冲击压强情况下，都保持着较小的变形量，线型三的变形量最小，结果最理想，而线型二的变形量是线型一和线型三的十倍之多，说明该线型结构设计的不合理，不能有效的将冲击能量释放出去。应力分析，如图6所示，是艉轴包锻钢件i2在受到流体冲击情况下的结构等效应力图，线型一的最大等效应力为16506mpa，线型二的最大等效应力为48315mpa，线型三的最大等效应力为16276mpa，线型一、线型二、线型三的最大等效应力均发生在两端固定点处，和总变形的分析结果相同，线型一和线型三在受到同样的冲击压强下，固定端都保持着较小的等效应力，线型三的等效应力最小，结果也最理想，线型二的固定端等效应力偏大，在固定处容易产生安全隐患。确认最优结果，线型三（曲线方程为：-x
2-14y
2-73x 182y=0）的结构无论是总变形量还是等效应力结果，都是三种线型中最优的结构。
25.本发明线型构造方法，对锻钢件的不同线型计算了船艉结构强度，寻找出较优的船艉线型结构，制造工艺良好，方便艉轴包和舱室更灵活的焊接成型。艉轴包结构选择双曲线为锻钢件的线型，当受到流体冲击时可以较好的将流体的能量向左后方转移出去，锻钢件具有较好的抗冲击性能，能够较好的将冲击能量释放出去。艉轴包焊接工序可以减少船体结构内部残余应力，艉轴包结构具有更好的结构刚度，且艉轴包大部分结构采用了锻钢件，具有更低的制造难度和更轻的质量。
26.艉轴包结构由锻钢件i2、铸钢件ii3组成，在锻钢件i2靠近铸钢件ii3的一侧端部有锻钢件方形截面i21，在锻钢件方形截面i21下端有在两侧对称的开了两个60
°
坡口4的锻件尖端211，在铸钢件ii3靠近锻钢件i2的一侧端部设有铸钢件方形截面ii31。锻件尖端211与铸钢件方形截面ii31之间留有一条缝隙，锻件尖端211与铸钢件方形截面ii31靠近的一侧是较短的平底结构，锻件尖端211与锻钢件方形截面i21之间采用圆弧过渡。
27.本发明艉轴包与舱室的制造工序发生了改变，因为艉轴包大部分结构采用了锻钢件i2，结构质量较轻，在船舶舱室竖隔板1焊接完之后，再焊接艉轴包的锻钢件i2，然后再焊接艉轴包的铸钢件ii3，最后焊接舱室横隔板11，这样的焊接工序可以减少船体结构内部残余应力，从而提高船舶的结构品质。
28.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应纳入本发明权利要求书确定的保护范围内。