Способ разработки гофрированного листа и полученный гофрированный лист - RU2679465C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу разработки гофрированного листа, а также к гофрированному листу. Оно находит применение, в частности, для элементов кровли крыши, которые являются гофрированными листами из натуральных волокон, в частности, целлюлозы, пропитанными битумом.

Гофрированные листы из целлюлозы, пропитанные битумом в горячем состоянии, известны и имеют размеры, приведенные к стандартам либо по факту, либо путем нормализации.

Учитывая стоимость материала, применяемого для изготовления листов, в частности, волокон целлюлозы и битума, желательно уменьшить количество необходимого материала, одновременно сохраняя надлежащие механические характеристики, в частности, относящиеся к инерции листа. Количество материала напрямую связано с объемом материала.

Однако заявитель заметил, что инерция зависит в порядке уменьшения значимости от высоты гофр, от шага гофр, от радиуса гофр и от толщины материала, при этом другими возможными параметрами можно пренебречь. Что касается объема материала, он зависит в порядке уменьшения значимости от толщины материала, от шага гофр, от высоты гофр и от радиуса гофр, при этом другими возможными параметрами можно пренебречь.

Учитывая, что в этих двух характеристиках инерции и объема участвуют одни и те же параметры, заявитель разработал формулу, позволяющую определять значения высоты гофр, шага гофр и толщины материала, которые позволяют получить исключительно интересные характеристики с точки зрения отношения инерции к объему для гофрированного листа. Поскольку радиус гофр лишь незначительно влияет на объем материала, в формуле его не учитывают.

Полученная формула является неравенством. Кроме того, чтобы обобщить применение формулы, заявитель в первую очередь принимал в расчет инерцию на единицу ширины, а также объем на единицу ширины. Например, как показано на фиг. 1, длина L гофрированного листа проходит параллельно вершинам (или впадинам) гофр, а ширина l проходит перпендикулярно к гофрам. Таким образом, ширина является поперечной по отношению к гофрам.

Из документа “Onduline Easyline” от 1 июня 2003 года, страница 1-1, ХР055176511, известен гофрированный лист, но его размерные характеристики не отвечают предложенной формуле. Известны также документы, относящиеся к гофрированным листам “AQUALINE”, соответственно ХР055176518 и ХР055176519, или патентная заявка WO94/18379. Ни в одном из этих документов такая формула не раскрыта или в них не ставится такая задача оптимизации. Кроме того, инерция зависит от многих параметров, как размерных, так и относящихся к составу, и в этих документах не упомянут более конкретный выбор некоторых из этих параметров для решения указанной задачи и для получения формулы или даже, более конкретно, для изменения с этой же целью определенных параметров известного листа, а не других, и получения гофрированного листа, размеры которого отвечают формуле.

Таким образом, объектом изобретения является Способ разработки кровельного гофрированного листа, при этом указанный лист из натуральных волокон, пропитанный битумом, содержит равномерный рисунок из чередующихся гофр, параллельных между собой и сформированных вдоль срединной плоскости, при этом указанные чередующиеся гофры образуют в вертикальном и поперечном сечении листа закругленные вершины, каждая из которых отделена от следующей закругленной впадиной, при этом вершины и впадины соединены чередующимися наклонными участками, при этом вершины находятся над срединной плоскостью, а впадины - под срединной плоскостью, при этом наклонные участки пересекают срединную плоскость в своей середине и имеют часть над срединной плоскостью и часть под срединной плоскостью, при этом поперечный промежуток между двумя последовательными вершинами равен поперечному промежутку между двумя последовательными впадинами и определяет шаг Р гофр, при этом лист имеет толщину Е материала, по существу постоянную по своей протяженности, при этом лист имеет высоту Н, определяемую как двойное расстояние между срединной плоскостью и наружной поверхностью вершины или двойное расстояние между срединной плоскостью и наружной поверхностью впадины, причем эти два расстояния являются идентичными.

Согласно изобретению, значения высоты Н, толщины Е и шага Р определяют посредством решения неравенства:

Fi < H³/(8 x E x (H + P)) < Fs,

при этом Fi = 25 мм и Fs = 35 мм.

В различных вариантах осуществления изобретения можно рассматривать следующие признаки отдельно или во всех технически возможных комбинациях:

- натуральные волокна являются волокнами целлюлозы,

- гофры имеют радиус R1, соответствующий радиусу верхней гофры, то ест гофры вершины, и имеют радиус R2, соответствующий радиусу нижней гофры, то есть гофры впадины,

- в качестве пределов неравенства используют: Fi = 29 мм и Fs = 31 мм,

- дополнительно вычисляют параметр инерции на единицу ширины листа, при этом указанное вычисление параметра инерции на единицу ширины листа зависит от высоты Н, от толщины Е, от шага Р и от радиусов R1 и R2 вершин и впадин гофр, и определяют значения высоты Н, толщины Е и шага Р посредством решения неравенства для определенного значения параметра инерции на единицу ширины, при этом указанное определенное значение является либо априорно определенной константой инерции на единицу ширины, либо по меньшей мере одним значением, превышающим априорно определенный порог инерции на единицу ширины,

- дополнительно вычисляют параметр объема на единицу ширины листа, при этом указанное вычисление параметра объема на единицу ширины листа зависит от высоты Н, от толщины Е, от шага Р и от радиусов R1 и R2 вершин и впадин гофр, и определяют значения высоты Н, толщины Е и шага Р посредством решения неравенства для определенного значения параметра объема на единицу ширины, при этом указанное определенное значение является либо априорно определенной константой объема на единицу ширины, либо по меньшей мере одним значением, превышающим априорно определенный порог объема на единицу ширины.

- Способ применяют для не оптимизированного гофрированного листа, имеющего определенные измерения толщины, высоты и шага, чтобы оптимизировать по меньшей мере один параметр листа среди инерции на единицу ширины и объема на единицу ширины, изменяя одно или несколько из упомянутых измерений толщины, высоты и шага, и для указанных измерений и в зависимости от оптимизируемого параметра или оптимизируемых параметров Способ состоит в том, что:

вычисляют инерцию на единицу ширины и/или объем на единицу ширины не оптимизированного гофрированного листа, затем

используют результат или результаты инерции на единицу ширины и/или объема на единицу ширины не оптимизированного гофрированного листа как априорно определенную константу или как априорно определенный порог в качестве определенного значения параметра или параметров, затем

определяют значения высоты Н, толщины Е и шага Р посредством решения неравенства для определенного значения или определенных значений параметра или параметров инерции на единицу ширины и/или объема на единицу ширины,

- закругления вершин и впадин являются дугами окружности с идентичными значениями радиусов, и сохраняют одно и то же значение радиусов R1 и R2 между не оптимизированным гофрированным листом и оптимизированным гофрированным листом.

Объектом изобретения является также кровельный гофрированный лист, при этом указанный лист из натуральных волокон, пропитанный битумом, содержит равномерный рисунок из чередующихся гофр, параллельных между собой и сформированных вдоль срединной плоскости, при этом указанные чередующиеся гофры образуют в вертикальном и поперечном сечении листа закругленные вершины, каждая из которых отделена от следующей закругленной впадиной, при этом вершины и впадины соединены чередующимися наклонными участками, при этом вершины находятся над срединной плоскостью, а впадины - под срединной плоскостью, при этом наклонные участки пересекают срединную плоскость в своей середине и имеют часть над срединной плоскостью и часть под срединной плоскостью, при этом поперечный промежуток между двумя последовательными вершинами равен поперечному промежутку между двумя последовательными впадинами и определяет шаг Р гофр, при этом лист имеет толщину Е материала, по существу постоянную по своей протяженности, при этом лист имеет высоту Н, определяемую как двойное расстояние между срединной плоскостью и наружной поверхностью вершины или двойное расстояние между срединной плоскостью и наружной поверхностью впадины, причем эти два расстояния являются идентичными.

Размеры листа являются такими, что его высота Н, его толщина Е и его шаг Р имеют значения, отвечающие неравенству:

Fi < H³/(8 x E x (H + P)) < Fs,

при этом Fi = 25 мм и Fs = 35 мм.

В варианте пределами неравенства являются: Fi = 29 мм и Fs = 31 мм.

Лист выбирают таким образом, чтобы значениями его высоты Н, толщины Е и шага Р являлись значения одной из строк значений следующей таблицы:

В частных случаях наклонные участки являются по существу прямыми.

Далее следует описание изобретения, представленное в качестве не ограничительного примера, со ссылками на следующие чертежи:

Фиг. 1 - вид в перспективе пропитанного битумом гофрированного листа из целлюлозы.

Фиг. 2 - вид в поперечном разрезе (или с торца) части пропитанного битумом гофрированного листа из целлюлозы.

Фиг. 3 - вид в поперечном разрезе (или с торца) первого примера оптимизации гофрированного листа с уровнем инерции, аналогичным уровню инерции контрольного листа, имеющего следующие размеры: Н = 38 мм, Р = 95 мм, Е = 3 мм, R1 = R2 = 16 мм, но с меньшим весом.

Фиг. 4 - вид в поперечном разрезе (или с торца) первого примера оптимизации гофрированного листа с более высоким уровнем инерции, но с весом, аналогичным весу контрольного листа, имеющего следующие размеры: Н = 38 мм, Р = 95 мм, Е = 3 мм, R1 = R2 = 16 мм.

В целом полученная формула позволяет определять ex nihilo размеры гофрированного листа, который представляет собой компромисс инерция/объем (или, что эквивалентно, инерция/вес), или оптимизировать размеры уже известного листа путем изменения по меньшей мере одного из параметров среди высоты, шага гофр и/или толщины листа в связи с инерцией и объемом (или весом, что является эквивалентным). Таким образом, ее можно применять для существующих промышленных установок, которые позволяют производить некоторые регулировки, например, шага гофр или толщины материала, не прибегая к созданию новой установки.

Формулу можно также применять в зависимости от требований, касающихся значения необходимой инерции, в частности, равного константе или превышающего порог, и/или касающихся значения необходимого объема, в частности, равного константе или меньшего определенного порога, при этом значения могут соответствовать априорно выбранным ex nihilo значениям или могут зависеть от значений, полученных на других оптимизируемых листах. Кроме того, требования могут также касаться одного или двух или трех параметров высоты, шага и толщины, для которых выделяют одно/два значения, определенное(ые) априорно или равное(ые) значениям оптимизируемого листа. Вместе с тем, применение требования ограничено, поскольку необходимо иметь возможность получить результат, отвечающий неравенству. Можно также получить несколько результатов значений высоты, шага и толщины, отвечающих неравенству, при этом среди них выбирают тот, который наиболее соответствует определенным критериям, например, простоте применения.

Пропитанные битумом гофрированные листы из целлюлозы схематично показаны на фиг. 2 и 3 в поперечном разрезе или, что эквивалентно, с торца или с их продольного конца, если считать, что длина является параллельной вершинам или впадинам, то есть гофрам листа.

На фиг. 2 часть гофрированного листа 1 показана в связи с размерными параметрами, которые рассматриваются в первую очередь. Пластина 1 содержит равномерный рисунок чередующихся гофр, параллельных между собой и сформированных вдоль срединной плоскости 4, которая виртуально делит лист на две части: верх и основание. Чередующиеся гофры образуют в вертикальном и поперечном сечении листа закругленные вершины 2, каждая из которых отделена от следующей закругленной впадиной 3. Вершины и впадины соединены между собой чередующимися наклонными участками 5, 5’. Вершины 2 находятся над срединной плоскостью 4, и впадины 3 находятся под срединной плоскостью 4. Гофры этих двух частей являются зеркально симметричными относительно срединной плоскости 4, если рассматривать виртуальное смещение на полшага между двумя частями. В других вариантах выполнения это не соблюдается, в частности, в случае, когда радиусы R1 и R2 отличаются друг от друга.

В поперечном направлении промежуток между двумя последовательными вершинами 2 равен промежутку между двумя последовательными впадинами 3, и этот промежуток определяет шаг Р гофр. Лист имеет толщину Е материала, по существу постоянную на своей протяженности. Лист имеет высоту Н, определяемую как двойное расстояние между срединной плоскостью 4 и наружной поверхностью вершины 2 или двойное расстояние между срединной плоскостью 4 и наружной поверхностью впадины 3, причем эти два расстояния являются идентичными. Иначе говоря, высота Н листа 1 является его габаритной высотой.

Вершины и впадины закруглены в виде дуги окружности и предпочтительно имеют одинаковое значение радиуса R1 (для вершины 2) и R 2 (для впадины 3), чтобы обеспечивать симметрию верх-низ для половины шага Р чередующихся гофр. Предпочтительно наклонные участки 5, 5’ содержат линейную часть по меньшей мере на уровне срединной плоскости 4, которая является более или менее протяженной вверх и вниз в зависимости от высоты Н листа. Таким образом, в случае наклонного участка с линейной частью может существовать переходная часть наклонного участка 5, 5’, которая не является ни линейной, ни в виде дуги окружности в зоне, которая доходит до вершины или соответственно до впадины (переход происходит между прямой зоной и зоной в виде дуги окружности). В других случаях весь наклонный участок 5, 5’ не является ни линейным, ни в виде дуги окружности и образует переходную часть (переход происходит между двумя зонами в виде дуги окружности).

После уточнения этих размерных параметров можно пояснить применение неравенства, позволяющего определить размеры листы, имеющего надлежащую характеристику инерции к объему (или инерции к весу, что является эквивалентным). Этим неравенством является:

Fi < H³/(8 x E x (H + P)) < Fs,

при этом Fi = 25 мм и Fs = 35 мм.

В ее наиболее простом применении априорно выбирают значения высоты Н, шага Р и толщины Е и посредством вычисления проверяют, отвечают они неравенству или нет. Однако этот способ может быть трудоемким.

В более усовершенствованных вариантах применения используют программу, которая позволяет сканировать значения высоты Н, шага Р и толщины Е, и для каждого значения сканирования программа производит вычисление, чтобы проверить, отвечает ли оно неравенству или нет. Сканирование значений может быть непрерывным или предпочтительно пошаговым, например, с шагом 0,5 мм или 1 мм между каждым значением. Предпочтительно для сканирования значений фиксируют минимальный и максимальный пределы, например, со сканированием толщины от 1,5 мм до 5 мм с шагом сканирования 0,2 мм. В некоторых случаях можно фиксировать/задавать один или два из трех параметров Н, Р, Е, при этом два других параметра или другой параметр сканируют. Эти Способы сканирования (без фиксирования или с фиксированием только параметров Н, Р, Е) могут давать многочисленные комбинации значений Н, Р, Е, которые отвечают неравенству.

Можно еще больше ограничить результаты Н, Р, Е, отвечающие неравенству, задавая другие условия в дополнение к условиям, указанным выше и задаваемым непосредственно для Н, Р, Е. Этими другими условиями являются, в частности, инерция и/или объем или вес. Инерция и объем или вес тоже зависят от параметров Н, Р, Е, R1 и R2. Можно также рассматривать другие условия, например, такие как ширина листа и число гофр на ширину, или тот факт, что лист заканчивается сбоку впадиной или другой частью гофра.

В дальнейшем будет рассмотрена инерция на единицу ширины и объем на единицу ширины. В простом варианте это/эти другие требования состоят в том, чтобы задавать определенное значение инерции и/или объема или веса. В других вариантах можно определить диапазон значений инерции и/или объема или веса, и определение параметров предпочтительно осуществляют тоже путем сканирования диапазона/диапазонов значений. Эти значения определяют априори.

Эти два требования можно применять с неравенством вместе или можно применять только одно из двух требований, и в этом случае получают систему соответственно с тремя неравенствами (уравнениями) или соответственно с двумя неравенствами (уравнениями).

Применение для оптимизации размеров листа вытекает из предыдущих вариантов применения с задаваемыми требованиями. Действительно, в данном случае требование или требования определены не априорно, а напрямую связаны с размерами и/или характеристиками оптимизируемого листа. Например, вычисляют или измеряют инерцию оптимизируемого листа и определяют результаты Н, Р, Е, отвечающие неравенству, которые позволяют получить оптимизированный лист с тем же объемом или весом или с меньшим объемом или весом. Можно комбинировать то и другое, например, для получения оптимизированного листа с меньшим весом при аналогичной или лучшей инерции. Термин «аналогичный» в данном случае можно рассматривать в смысле «идентичный» или «близкий». Понятно, что возможны все варианты, в частности, можно поставить задачу получения лучшей инерции при меньшем весе. Эта оптимизация может потребовать задаваемых условий для Н, Р, Е, которые вытекают из значений Н, Р, Е оптимизируемого листа: например, можно задавать требование сохранения такой же толщины Е материала и, возможно, такой же высоты Н, причем это/эти требования могут быть необходимыми из соображений совместимости между элементами кровли для крыши.

Во всех случаях, в частности, при осуществлении оптимизации или нет, с задаваемым требованием или нет, необходимо применять по меньшей мере указанное неравенство для определения значений Н, Р, Е листа, который необходимо получить. Эти полученные листы имеют исключительно интересную характеристику инерции относительно объема (или веса): они имеют высокую механическую прочность при относительно небольшом количестве используемого материала, что дает экономию материала.

Таким образом, как вытекает из вышесказанного, можно использовать простые или сложные инструменты решения для определения размеров Н, Р, Е листов, отвечающих заявленному неравенству. Например, можно применять грубый Способ со сканированием значений непрерывно или по дискретным значениям для высоты и/или шага и/или толщины и/или инерции и/или объема для поиска значений высоты, шага и толщины, отвечающих неравенству. Более усовершенствованный Способ может содержать этап создания функции, основанной на неравенстве и учитывающей возможные требования по высоте и/или шагу и/или толщине и/или инерции и/или объему, затем исследование функции. Предпочтительно для этой цели применяют компьютерные инструменты вычисления и принятия решения.

Фиг. 3 и 4 относятся к оптимизации известного пропитанного битумом гофрированного листа из целлюлозы (не показан), имеющего следующие размеры: ширину 950 мм, толщину Е 3 мм, высоту Н 38 мм, шаг Р 95 мм и радиусы R1 и R2 вершин или впадин 16 мм. Этот не оптимизированный лист имеет десять вершин. Инерция на единицу ширины этого известного листа равна 54,4 см⁴/м. Объем на единицу ширины этого известного листа равен 0,007719 м³/м. Если применить формулу неравенства для этого известного листа, получаем 17,19 мм, что не входит в интервал значений Fi = 25 мм и Fs = 35 мм. На фиг. 3 и 4 CDG обозначает центр тяжести листа.

На фиг. 3 ставится задача получения такой же инерции на единицу ширины, как и у известного листа, при меньшем весе на единицу ширины, то есть при меньшем объеме на единицу ширины. Одним из результатов применения неравенства с таким условием является лист со следующими размерами: шаг Р = 143 мм, высота Н = 47 мм, толщина Е = 2,3 мм. Для полученного оптимизированного листа ставилась задача получения ширины, близкой к не оптимизированному листу, который заканчивается впадиной на своих двух концах (или в верхней точке вершиной, если перевернуть лист). В результате получают оптимизированный лист, показанный на фиг. 2, который имеет семь вершин, ширину 1001 мм, при этом радиусы дуг окружностей закруглений вершин и впадин сохраняются в значениях R1 = R2 = 16 мм. Если к этим значениям Н, Р, Е применить формулу неравенства, получаем 29,70 мм.

На фиг. 4 ставилась задача получения инерции на единицу ширины, большей по сравнению с известным листом, при таком же весе на единицу ширины, то есть при таком же объеме на единицу ширины. Одним из результатов применения неравенства с таким условием является лист со следующими размерами: шаг Р = 127 мм, высота Н = 49 мм, толщина Е = 2,8 мм. Для полученного оптимизированного листа ставилась задача получения ширины, близкой к не оптимизированному листу, который заканчивается впадиной на своих двух концах (или в верхней точке вершиной, если перевернуть лист). В результате получают оптимизированный лист, показанный на фиг. 4, который имеет восемь вершин, ширину 1016 мм, при этом радиусы дуг окружностей закруглений вершин и впадин сохраняются в значениях R1 = R2 = 16 мм. Если к этим значениям Н, Р, Е применить формулу неравенства, получаем 29,84 мм.

Известный лист может также оптимизировать со следующими условиями. Если поставить задачу получения оптимизированного листа с уменьшением объема на единицу ширины и с лучшей инерцией на единицу ширины, применение формулы неравенства может дать оптимизированный лист при Р = 143 мм, Н = 48 мм, Е = 2,4 мм. Этот оптимизированный лист имеет инерцию на единицу ширины 61,7 см⁴/м и объем на единицу ширины 0,00578 м³/м. Если для этого оптимизированного листа применять формулу неравенства, получаем 30,16 мм, что входит в интервал пределов Fi = 25 мм и Fs = 35 мм неравенства, при этом значения Н, Р, Е отвечают неравенству. Следует отметить, что радиусы дуг окружностей закруглений вершин и впадин сохраняются в значениях R1 = R2 = 16 мм.

Если поставить такую же задачу получения оптимизированного листа с уменьшением объема на единицу ширины и с лучшей инерцией на единицу ширины, применение формулы неравенства может дать оптимизированный лист при Р = 127 мм, Н=47 мм, Е = 2,5 мм. Этот оптимизированный лист имеет инерцию на единицу ширины 65,5 см⁴/м и объем на единицу ширины 0,00633 м³/м, меньший, чем у не оптимизированного листа. Если для этого оптимизированного листа применять формулу неравенства, получаем 29,83 мм, что входит в интервал пределов Fi = 25 мм и Fs = 35 мм неравенства, при этом значения Н, Р, Е отвечают неравенству. Следует отметить, что радиусы дуг окружностей закруглений вершин и впадин сохраняются в значениях R1 = R2 = 16 мм.

Понятно, что применение неравенства позволяет получить несколько наборов значений Н, Р, Е, которые отвечают неравенству. Следовательно, чтобы ограничить количество возможных результатов, можно увеличить требования во время применения неравенства, задавая инерцию и/или вес и даже другие размерные характеристики, например, по Н, Р, Е и/или l (ширина гофрированного листа). В вариантах применения, более продвинутых, чем простое сканирование значений Н, Р, Е, для поиска, возможно при заданных условиях, результатов, отвечающих неравенству, можно исследовать возможные кривые изменения формулы Н³/(8 х Е х (Н + Р)) неравенства и изменения инерции на единицу ширины и объема на единицу ширины и определить при помощи линейной комбинации формулу или кривую, на которой в зависимости от Н, Р, Е следует найти сингулярную точку, в частности, максимум или минимум в зависимости от выбора, сделанного для линейной комбинации. Во всех случаях должно быть соблюдено неравенство.

Реферат

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу разработки кровельного гофрированного листа. Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости. Способ разработки кровельного гофрированного листа из натуральных волокон, пропитанного битумом и содержащего равномерный рисунок из чередующихся гофр, параллельных между собой и сформированных вдоль срединной плоскости, при этом гофры образуют закругленные вершины, каждая из которых отделена от следующей закругленной впадиной, при этом вершины и впадины соединены чередующимися наклонными участками. Промежуток между двумя вершинами равен промежутку между двумя впадинами и определяет шаг Р гофр. Лист имеет толщину Е материала, постоянную по своей протяженности. Высота Н листа определяется как двойное расстояние между срединной плоскостью и наружной поверхностью вершины или впадины. Значения высоты Н, толщины Е и шага Р определяют посредством решения неравенства: Fi < H/(8 x E x (H + P)) < Fs, при этом Fi = 25 мм и Fs = 35 мм. Объектом изобретения является также лист, размеры Н, Р, Е которого отвечают неравенству. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Формула