详情

原文传递一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构

专利名称：	一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构
摘要：	本发明涉及水下航行器领域，特别是涉及一种轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构及其加工方法。包括由高强度碳纤维缠绕而成的外表层、内表层，以及设置在外表层与内表层之间的复合材料加强筋，加强筋之间填充有芯材；本发明中的轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构可大大降低芯材的剪切应力和剪切变形；与常规夹层圆柱壳体结构相比，可提高结构的失稳载荷30％以上；可显著减小局部损伤对结构强度的影响，并可依靠内置加强筋有效抑制内部裂纹和损伤的扩展；同时可实现减轻结构重量，提高水下航行器续航能力，并可实现吸声、无磁、减振等功能设计，实现结构承载与功能一体化的设计目标。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中国人民解放军海军工程大学
发明人：	李华东;陈国涛;朱荣鑫;周振龙;高海昌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910124970.5
公开号：	CN109795611A
代理机构：	北京天盾知识产权代理有限公司
代理人：	杨本官
分类号：	B63B3/13(2006.01);B;B63;B63B;B63B3
申请人地址：	430033 湖北省武汉市解放大道717号
主权项：	1.一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构，其特征在于，包括由高强度碳纤维缠绕而成的外表层、内表层，以及设置在外表层与内表层之间的复合材料加强筋，所述加强筋之间填充有芯材；所述加强筋采用单一环向或“环向+轴向”或“螺旋交叉”布置方式；对于单一环向加强筋，采用环向湿法缠绕的方式进行制造；对于“环向+轴向”或“螺旋交叉”布置方式的加强筋，采用真空辅助成型工艺进行制造；采用螺旋交叉方式的内置加强筋时，加强筋布置方向与圆柱壳轴线夹角为45°～60°；采用“环向+轴向”或“螺旋交叉”布置时，加强筋从两个方向相互交叉，在铺放时，两个方向的纤维在交叉点处隔1～3层轮流裁断。 2.根据权利要求1所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构，其特征在于，外表层、内表层由复合材料纤维使用湿法螺旋缠绕工艺制得。 3.根据权利要求1所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构，其特征在于，所述外表层、内表层以及加强筋由耐海洋环境的环氧树脂或乙烯基酯树脂作为基体，并使用高刚度型碳纤维纤维束/带或织物增强后制得。 4.根据权利要求1所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构，其特征在于，所述芯材是指浮力材料、吸声材料或泡沫材料，所选芯材的密度低于0.9×103kg/m3，弹性模量＞50MPa，压缩强度不低于10MPa，剪切强度不低于2MPa。 5.根据权利要求4所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构，其特征在于，所述浮力材料或吸声材料采用浇铸成型或分块拼接成型工艺；采用分块拼接成型工艺时，芯材之间用环氧树脂进行粘接，所述芯材之间粘接面采用斜搭接方式通过环氧胶连接。 6.根据权利要求1所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构，其特征在于，所述加强筋的横断面采用I型、矩形、T型、Γ型或Π型。 7.一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构加工方法，其特征在于，包括如下步骤： ①制造内部芯模，修正其内部芯模直径以及圆度，保证直径误差小于1％，圆度公差≤0.01； ②采用湿法缠绕进行内表层的成型，修正其内表层的直径以及圆度，保证直径与设计值最大误差＜1％，圆度公差≤0.01； ③进行芯材的安装与粘接，可采用瓦状芯材拼接至内表层或整体圆柱形芯材套入的方式，保证配合间隙≤0.5mm；芯材全部安装完毕后，采用真空辅助成型工艺进行内表层和芯材的整体粘接、固化； ④对安装完毕并固化完全的芯材进行精车加工，按照加强筋的布置位置和尺寸，加工出加强筋安装空间； ⑤按照加强筋宽度，选用等宽度纤维带或纤维束，采用纤维铺放和真空成型工艺进行加强筋的成型，纤维铺放完毕后，采用真空成型工艺完成加强筋的成型及其与芯材的粘接； ⑥对整体固化完成后的加强筋与芯材的外表面进行精车加工和型线检验，保证直径与设计值最大误差＜1％，圆度公差≤0.01； ⑦采用湿法缠绕进行外表层的成型，并进行外表层外表面的检测和修整，保证直径与设计值最大误差＜1％，圆度公差≤0.01。 8.根据权利要求7所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构加工方法，其特征在于，步骤⑤中，采用顺时针和逆时针方向螺旋交叉的方式设置加强筋，在交叉区对两方向的加强筋间隔1～3层进行交替裁剪。 9.根据权利要求7所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构加工方法，其特征在于，步骤⑤中，加强筋采用轴向和环向交叉布置方式，芯材采用泡沫材料、浮力材料，且采用浇铸成型工艺；复合材料加强筋采用竖向或水平卡嵌铺设，铺设时，在加强筋的卡钳部位挖设卡钳槽，卡钳槽深度为加强筋厚度的采用一体真空成型于耐压壳体内表层及芯材之间。 10.根据权利要求7所述一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构加工方法，其特征在于，步骤⑤中，加强筋采用环向湿法缠绕的方式进行制造，芯材采用斜搭接面方式，搭接角度为20°～90°并通过高强环氧胶进行坚固连接。
所属类别：	发明专利