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一、前言
以卷的方式存在的产品、半成品是极为常见的,例如胶卷、合成革卷、贝斯、离型纸、纤维布卷、纸卷、铝卷、铜卷,等等。在产险理赔中,常需要计算卷的长度。
二、计算方法理论推导
1.阿基米德螺线法
由于卷是绕以r为半径的轴芯一圈一圈卷起来的,每绕一圈卷半径就增加δ。由此我想到了阿基米德螺线(图1)。阿基米德螺线,亦称“等速螺线”。当一点P沿动射线OP以等速率运动的同时,该射线又以等角速度绕点O旋转,点P的轨迹称为“阿基米德螺线”。这是首次由阿基米德在他著作《论螺线》中给出了定义。阿基米德螺线在极坐标体系的一般方程是
ρ(θ)=ρ0+aθ
ρ代表阿基米德螺线上的点到原点的距离,θ为角度(弧度制),a为常数,螺距等于2πa,即Δθ=2π时,Δρ=2πa。设螺线的螺距为δ,则a=以此为数学模型,考虑到螺线绕一周径向增大一个δ的特点,以卷起始点内侧离圆心距离r的位置作为螺线的起点,则方程为
ρ0=r,ρ(θ)=ρ0+θ
即ρ(θ)= r+θ
假设卷纏绕的圈数为n,根据图2可知n=,求卷长度就是计算螺线的弧长,ρ(θ)对积分就是弧长,θ使用弧度制。
这是利用阿基米德螺线极坐标方程,求得的卷长度计算公式。
2.面积法
如图2所示,卷从A点卷至D点时平直卷到B点(即过B点作⊙O切线交于D点),AB即卷的厚度δ,B点卷至E点时平直卷到F点,C点是第2圈开始的地方,从F点到C点假设为以B点为圆心、δ为半径的圆弧,以此类推。最后第n圈外缘交OX轴于G点,内缘交OX轴于J点。则OA=OD=r,OJ=OH=R,nδ=R-r。
下面计算卷侧面积。
设∠AOD=θ,θ采用弧度制,
图1 阿基米德螺线示意图 图2 面积法示意图
三、应用
【实例1】某合成革厂的贝斯(合成革的中间产品)卷,卷中心是一根外径8.9cm的铁轴,贝斯卷外径100cm,贝斯厚度1.4mm,问该卷贝斯长度为多少米?
根据公式①,计算贝斯长度如下:
L=π(R2-r2)/δ=π(0.52-0.04452)/0.0014=556.56m
【实例2】贝斯卷外径100cm,中心的铁轴外径8.9cm,该卷贝斯长度为600米,现平放被水浸泡离外缘20cm。问受损的贝斯长度为多少?
设未受损的贝斯长度为L`,未受损处半径为R`,则受损的贝斯长度ΔL=L-L`,R`=0.5-0.2=0.3m
根据公式①,有L=π(R2-r2)/δ,L`=π(R`2-r2)/δ,
经简单数学变换,有ΔL:L=(R2-R`2):(R2-r2),即
ΔL=(R2-R`2)L/(R2-r2)=(0.52-0.32)*600/(0.52-0.04452)=387.07m, 即受损的贝斯长度为387.07米。
四、结语
综上,本文运用阿基米德螺线的方程,求得卷的长度计算公式为。也可运用“面积法”得到计算公式,其中。后者在θ极小情况下可简化成公式①。
根据该公式,产险公司理赔人员可以方便地计算受损卷的长度,以确定财产损失的数量。如在水灾理赔中,可以通过对受水浸泡的卷外沿环尺寸的测量,计算出受损卷材的长度。也可以根据相关参数,对火灾损毁的卷堆放空间进行假想复原推演,用以评估实际损失情况。
(作者单位:中国太平洋财产保险股份有限公司温州分公司)
以卷的方式存在的产品、半成品是极为常见的,例如胶卷、合成革卷、贝斯、离型纸、纤维布卷、纸卷、铝卷、铜卷,等等。在产险理赔中,常需要计算卷的长度。
二、计算方法理论推导
1.阿基米德螺线法
由于卷是绕以r为半径的轴芯一圈一圈卷起来的,每绕一圈卷半径就增加δ。由此我想到了阿基米德螺线(图1)。阿基米德螺线,亦称“等速螺线”。当一点P沿动射线OP以等速率运动的同时,该射线又以等角速度绕点O旋转,点P的轨迹称为“阿基米德螺线”。这是首次由阿基米德在他著作《论螺线》中给出了定义。阿基米德螺线在极坐标体系的一般方程是
ρ(θ)=ρ0+aθ
ρ代表阿基米德螺线上的点到原点的距离,θ为角度(弧度制),a为常数,螺距等于2πa,即Δθ=2π时,Δρ=2πa。设螺线的螺距为δ,则a=以此为数学模型,考虑到螺线绕一周径向增大一个δ的特点,以卷起始点内侧离圆心距离r的位置作为螺线的起点,则方程为
ρ0=r,ρ(θ)=ρ0+θ
即ρ(θ)= r+θ
假设卷纏绕的圈数为n,根据图2可知n=,求卷长度就是计算螺线的弧长,ρ(θ)对积分就是弧长,θ使用弧度制。
这是利用阿基米德螺线极坐标方程,求得的卷长度计算公式。
2.面积法
如图2所示,卷从A点卷至D点时平直卷到B点(即过B点作⊙O切线交于D点),AB即卷的厚度δ,B点卷至E点时平直卷到F点,C点是第2圈开始的地方,从F点到C点假设为以B点为圆心、δ为半径的圆弧,以此类推。最后第n圈外缘交OX轴于G点,内缘交OX轴于J点。则OA=OD=r,OJ=OH=R,nδ=R-r。
下面计算卷侧面积。
设∠AOD=θ,θ采用弧度制,
图1 阿基米德螺线示意图 图2 面积法示意图
三、应用
【实例1】某合成革厂的贝斯(合成革的中间产品)卷,卷中心是一根外径8.9cm的铁轴,贝斯卷外径100cm,贝斯厚度1.4mm,问该卷贝斯长度为多少米?
根据公式①,计算贝斯长度如下:
L=π(R2-r2)/δ=π(0.52-0.04452)/0.0014=556.56m
【实例2】贝斯卷外径100cm,中心的铁轴外径8.9cm,该卷贝斯长度为600米,现平放被水浸泡离外缘20cm。问受损的贝斯长度为多少?
设未受损的贝斯长度为L`,未受损处半径为R`,则受损的贝斯长度ΔL=L-L`,R`=0.5-0.2=0.3m
根据公式①,有L=π(R2-r2)/δ,L`=π(R`2-r2)/δ,
经简单数学变换,有ΔL:L=(R2-R`2):(R2-r2),即
ΔL=(R2-R`2)L/(R2-r2)=(0.52-0.32)*600/(0.52-0.04452)=387.07m, 即受损的贝斯长度为387.07米。
四、结语
综上,本文运用阿基米德螺线的方程,求得卷的长度计算公式为。也可运用“面积法”得到计算公式,其中。后者在θ极小情况下可简化成公式①。
根据该公式,产险公司理赔人员可以方便地计算受损卷的长度,以确定财产损失的数量。如在水灾理赔中,可以通过对受水浸泡的卷外沿环尺寸的测量,计算出受损卷材的长度。也可以根据相关参数,对火灾损毁的卷堆放空间进行假想复原推演,用以评估实际损失情况。
(作者单位:中国太平洋财产保险股份有限公司温州分公司)