扭曲面

扭曲面

扭曲面(warped surface;plane of flexure)是一種特殊的直線面,扭曲面的連續兩素線彼此交叉,不在同一平面內,因而是不可展曲面。所以,扭曲面又稱為“不可展直線面”。工程上常見的有雙曲拋物面、錐狀面、柱狀面、斜螺旋面等 。

扭曲面的分類

在水利工程中,把 扭平面扭錐面扭柱面統稱為 扭面扭曲面,在幾何學中扭平面稱為 雙曲拋物面,扭錐面稱為 錐狀面,扭柱面稱為 柱狀面

還可以根據直母線運動的規律把扭曲面分為三類:第一類是直母線運動時,始終與三條導線相交;第二類是直母線運動時,始終與兩條導線相交,同時平行於一導平面;第三類是直母線運動時,始終與兩條導線相交,同時與一導平面成定角 。實際上,所有扭曲面都可以包括在第一類中,因為在扭曲面上總可以任取三條線來作為扭曲面的三條導線。第二類扭曲面也可以包括在上述第三類中。但按扭曲面的形成條件及其表示方法來講,這種分類比較合適。由於扭曲面的導線可以是直線,也可以是曲線,因此扭曲面還可以進一步分類,見表1。其中某幾類扭曲面缺乏實用價值,也沒有專門名稱的代表性曲面。

表1 扭曲面的分類
形成條件舉例
由三導線所形成的扭曲面三直導線單葉雙曲面
兩直導線和一曲導線
一直導線和兩曲導線扭錐面、牛角面
三曲導線
由兩導線和一導平面所形成的 扭曲面,母線與導平面平行 兩直導線雙曲拋物面
一直導線和一曲導線錐狀面(如正螺旋面)
兩曲導線柱狀面
由兩導線和一導平面所形成的 扭曲面,母線與導平面成定角 兩直導線
一直導線和一曲 導 線斜螺旋面
兩曲導線

由於扭曲面的連續兩素線既不平行也不相交,必須注意選取導線和導面,例如,不能使兩導線彼此相交,也不能在導面內選取導線等等,否則會形成平面或單曲面,甚至沒有結果。過扭曲面上任一點,在曲面上只能作出一條直線的扭曲面,稱為 單紋面;過扭曲面上任一點 ,在曲面上能作出兩條直線的扭曲面,稱為 雙紋面

扭曲面的形成

各種扭面的形成如圖1所示 。

(1) 扭平面。由一條直母線沿著兩條交叉直導線移動,並始終平行於一個導平面所形成的曲面稱扭平面,如圖1(a)所示。

(2) 扭錐面。由一條直母線沿著一條直導線和一條曲導線移動,並始終平行於一個導平面所形成的曲面稱扭錐面,如圖1(b)所示。

(3) 扭柱面。由一條直母線沿著兩條曲導線移動,並始終平行於一個導平面所形成的曲面稱扭柱面,如圖1(c)所示。

圖1(a) 扭平面(雙曲拋物面) 圖1(a) 扭平面(雙曲拋物面)
圖1(b)扭錐面(錐狀面) 圖1(b)扭錐面(錐狀面)
圖1(c)扭柱面(柱狀面) 圖1(c)扭柱面(柱狀面)

扭平面

扭平面在水利工程中套用最廣泛,通常把扭平面直接稱為扭面或扭曲面 。

扭平面的表示方法

如圖2(a)所示,扭平面ABCD可以看作是一條直母線AB,沿著兩條交叉直導線AD(側

平線)和BC(鉛垂線)運動,並始終平行於一個導平面H(水平面)所形成的曲面;扭面ABCD也可以看作是一條直母線AD,沿著兩條交叉直導線AB(水平線)和DC(側垂線)運動,並始終平行於一個導平面W(側平面)所形成的曲面。在扭面形成過程中,母線運動時每一個空間位置稱為 扭面的素線。同一扭面有兩種方式形成,也就有兩組素線。圖2(a)中素線Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ一Ⅱ…都是水平線,素線Ⅰ’一Ⅰ’、Ⅱ’一Ⅱ'…都是側平線,同一組素線之間是交叉直線關係。

圖2(a)扭面的表示方法——形成 圖2(a)扭面的表示方法——形成
圖2(b)  扭面的表示方法——投影圖 圖2(b) 扭面的表示方法——投影圖

扭平面的表示方法如圖2(b)所示:畫出四條邊線和素線的投影。為了能清楚表示扭面上的兩組素線,製圖標準規定:扭面的主視圖、俯視圖上畫水平素線,左視圖上畫側平素線。素線的繪製方法是:等分兩導線,連線對應點。

圖3 扭面套用實例 圖3 扭面套用實例

圖3所示的扭面過渡段是扭平面在工程中的套用實例。在水工建築物中,控制水流部分的斷面一般為矩形,而灌溉渠道的斷面一般都是梯形,為使水流平順及減少水頭損失,由矩形斷面變為梯形斷面之間常用一個扭面過渡段來連線,該過渡段的內外表面都是扭面,其內扭面即為圖2所示的ABCD扭平面 。

同理可分析該扭面過渡段中外扭面的形成和表示方法,如圖4所示。

圖4(a)外扭面的表示方法——形成 圖4(a)外扭面的表示方法——形成
圖4(a)外扭面的表示方法——投影面 圖4(a)外扭面的表示方法——投影面

扭面過渡段的畫法

如圖5(a)所示,過渡段由扭面翼牆與底板構成。畫扭面過渡段,應先按形體分析法畫出底板梯形柱體,再畫扭面翼牆。

圖5(a)形體分析 圖5(a)形體分析
圖5(b) 三視圖 圖5(b) 三視圖
三視圖的放大圖
扭曲面 扭曲面
扭曲面 扭曲面
扭曲面 扭曲面
圖5(c) 斷面圖 圖5(c) 斷面圖
圖5(d) 斷面圖 圖5(d) 斷面圖

扭面翼牆分析:扭面翼牆由梯形端面BCGF、平行四邊形端面ADHE、內扭面ABCD、外扭面EFGH、頂面ABFE、底面CDGH六個面組成,起控制作用的是翼牆兩個端面的形狀和位置。

扭面翼牆三視圖的畫法步驟(一般採用端面法):

(1)先畫出扭面翼牆的兩端面。

(2)連翼牆各側棱。

(3)繪製可見內、外扭面的素線(注意:外扭面處有填土,看不見的扭面部分不畫素線)。

如圖5(b)所示。

扭面翼牆的斷面分析:圖5(c)、(d)所示是扭面過渡段A—A斷面圖。該翼牆迎水面和背水面都是扭平面,剖切平面A—A是側平面,它與兩個扭面的側平素線平行,因此與兩個扭面的交線都是直線,翼牆的斷面形狀是四邊形,底板的斷面形狀為矩形。

扭面翼牆斷面圖的畫法步驟:

(1)首先進行標註。確定剖切位置、投射方向,並注寫字母與斷面圖名稱。

(2)沿剖切位置線量取尺寸畫底板斷面。

(3)沿剖切位置線量取尺寸畫翼牆斷面。

(4)擦去斷面中兩者的分界線。

(5)畫剖面材料符號 。

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