详情

原文传递一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳及其制备方法

专利名称：	一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳及其制备方法
摘要：	本发明公开了一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳及其制备方法，属于船舶及潜航器技术领域，包括潜艇骨架和耐压外壳体，耐压外壳体由内至外分别为内缓层、核心层和防护层，防护层与内缓层的材料都是层状的碳纤维热塑性与树脂基复合材料；核心层为多个单元组件拼接而成，单元组件包括单元组件外壳、设置在单元组件外壳内部的晶格点阵结构，单元组件外壳和晶格点阵结构材料为NiTi形状记忆合金；内缓层中均匀嵌入若干组独立的导热丝，导热丝为单元组件外壳内的晶格点阵结构提供热量使其达到记忆回复温度，本发明采用的层状的碳纤维热塑性与树脂基复合材料相对于传统钛合金耐压外壳，减振性能更好，质量更轻，具有抗干扰特性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	齐迎春;池豪杰;信仁龙;于征磊;张照辉;王清扬;李盼盼;张健;徐泽洲;于省楠;沙鹏威
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-23T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311369739.5
公开号：	CN117104389A
代理机构：	吉林省泓发瑞合知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王涛
分类号：	B63B3/13;B32B9/04;B32B15/00;B32B3/18;B32B33/00;B32B7/12;B32B7/05;B32B7/08;B32B37/15;B32B37/00;B32B37/12;B32B37/06;B22F10/28;B22F5/00;C23C4/134;B33Y10/00;B33Y80/00;B;B63;B32;B63B;B32B;B63B3;B32B9;B32B15;B32B3;B32B33;B32B7;B32B37;B63B3/13;B32B9/04;B32B15/00;B32B3/18;B32B33/00;B32B7/12;B32B7/05;B32B7/08;B32B37/15;B32B37/00;B32B37/12
申请人地址：	130012 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：包括潜艇骨架和耐压外壳体，耐压外壳体由内至外分别为内缓层（1）、核心层（2）和防护层（3），潜艇骨架通过环氧树脂连接在内缓层（1）的内表面上，非耐压壳体（11）通过焊接与耐压外壳体的防护层（3）外侧相连接，当耐压外壳体受到冲击时，主要由防护层（3）和核心层（2）承力，内缓层（1）则吸收核心层（2）传递下来的剩余缓冲力；防护层（3）与内缓层（1）的材料都是层状的碳纤维热塑性与树脂基复合材料；核心层（2）为多个单元组件拼接而成，单元组件包括单元组件外壳（9）、设置在单元组件外壳（9）内部的晶格点阵结构，单元组件外壳（9）和晶格点阵结构材料为NiTi形状记忆合金；内缓层（1）中均匀嵌入若干组独立的导热丝（14），潜艇内部设置的电源通过遥控开关与若干组独立的导热丝（14）连通，导热丝（14）为单元组件外壳（9）内的晶格点阵结构提供热量使其达到记忆回复温度，若干组独立的导热丝（14）在内缓层（1）中分区域独立运行。 2.根据权利要求1所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的晶格点阵结构包括六环型薄壁-0型结构阵列、对称弧形曲面-0型结构阵列、双箭尾型-0型结构阵列、对称双螺旋型-0型结构阵列、对称环形梁型-0型结构阵列或四弧肋型-0型结构阵列。 3.根据权利要求2所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的六环型薄壁-0型结构阵列的设计方法为：首先根据尺寸参数e设计扫描路径，利用曲线路径进行扫掠，构造出边距为s的三维环形肋条，对三维环形肋条进行加厚以及圆角优化处理，使三维环形肋条基于中心轴线进行等间距圆周阵列6次，构造出六环型薄壁-0型结构，将该六环型薄壁-0型结构按照尺寸参数e沿着水平以及垂直方向进行线性阵列形成六环型薄壁-0型结构阵列，将其填充入单元组件外壳（9）内部。 4.根据权利要求2所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的对称弧形曲面-0型结构阵列的设计方法为：首先根据弧度角α，尺寸参数a1与b1绘制对称曲线，再根据曲线路径进行扫掠并加厚得到子结构，将子结构相对于中心轴进行旋转复制实体，旋转角度为270°，保证两个子结构的开口闭合，从而构成对称弧形曲面-0型结构；以单个对称弧形曲面-0型结构左右棱角四个顶点为基础，保证左右连接排列时相互形成凹角，凹角与弧度角α一致，沿着水平以及垂直方向进行线性阵列形成对称弧形曲面-0型结构阵列，将其填充入单元组件外壳（9）内部。 5.根据权利要求2所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的双箭尾型-0型结构阵列的设计方法为：首先，通过水平尺寸参数g与垂直尺寸参数h设计出基础对称双箭头薄壁模型，其中设计四个半径为r1的弧形肋条替代直肋，同时内部添加两个半径为r2的弧形梁稳固支撑，基于此部分单元体进行优化，为其上下两部分添加横梁与直梁用以支撑稳定变形，得到双箭尾型-0型结构，将双箭尾型-0型结构沿着水平方向和垂直方向线性阵列后形成双箭尾型-0型结构阵列，四个弧形肋条位置处能相互耦合拼接以稳固变形，将其填充入单元组件外壳（9）内部。 6.根据权利要求2所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的对称双螺旋-0型结构阵列的设计方法为：通过水平参数i以及弧度角β设计出四分之一胞元的扫掠路径，且其扫掠的横截面积为j²，然后基于水平轴线进行一次旋转复制，旋转角度为180°，得到二分之一胞元，再利用水平轴线进行实体镜像，得到基础单元体，为基础单元体底部添加基座进行结构优化，基座直径宽于水平参数i，得到对称双螺旋-0型结构，选择以两个对称双螺旋-0型结构为一组成镜像对称连接后阵列形成对称双螺旋-0型结构阵列，将其填充入单元组件外壳（9）内部。 7.根据权利要求2所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的对称环形梁-0型结构阵列的设计方法为：基于参数h1与h2进行结构设计，沿指定路径进行扫掠，形成孔径为r3的环形肋条，两个相距h2的环形肋条中间拥有一个开口，在此基础上沿着弧形肋条中心轴线方向线性阵列五次，形成带有五个开口的二分之一胞元，再将该二分之一胞元沿中心轴线进行实体复制，五个开口得到闭合，从而构成对称环形梁-0型结构，将对称环形梁-0型结构沿着水平以及垂直方向进行线性阵列形成对称环形梁-0型结构阵列，将其填充入单元组件外壳（9）内部。 8.根据权利要求2所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳，其特征在于：所述的四弧肋型-0型结构阵列的设计方法为：根据尺寸参数c1与d1设计出二分之一胞元，要求纵向开口与横向开口的比值达到3∶5，此开口便于阵列后达到耦合效果，孔径为r4的弧形肋条均匀分布至二分之一胞元两侧形成子结构，将所得子结构沿着镜像轴进行实体镜像，镜像后得到四弧肋型-0型结构，将四弧肋型-0型结构沿着水平方向和垂直方向进行线性阵列形成四弧肋型-0型结构阵列，将其填充入单元组件外壳（9）内部。 9.应用权利要求1至8任一项所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，制备防护层（3）与内缓层（1）；步骤二，通过雾化法处理好NiTi形状记忆合金粉末，利用选择性激光熔融技术依据尺寸排列逐层打印晶格点阵结构，并按照所设计的厚度填充至单元组件外壳（9）内部；步骤三，利用回填式摩擦点焊、热固化与铆接的方法分别处理核心层（2）、防护层（3）以及内缓层（1），完成耐压外壳体的连接；步骤四，利用等离子喷涂机在防护层（3）处喷涂超声波电磁干扰屏蔽涂层。 10.根据权利要求9所述的一种可形状回复的减振潜艇耐压外壳的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的回填式摩擦点焊方法包括如下四个阶段：下压阶段：利用夹紧环（10）固定搅拌针（12）和套筒（13），同时定位单元组件外壳（9），开启设备，搅拌针（12）以及套筒（13）保持逆时针旋转状态，同时沿法向方向向下压进，抵达单元组件外壳（9）处进行摩擦预热，此时搅拌针（12）压进尺寸较套筒（13）大；插入阶段：搅拌针（12）向上回撤，套筒（13）继续向下压进至指定深度；回填阶段：搅拌针（12）下压至指定深度，套筒（13）回撤；回撤阶段：搅拌针（12）与套筒（13）同步回撤，磨平后单元组件外壳（9）表面形成平整凹坑。