The invention relates to the field of underwater vehicle, in particular to a light weight and high stiffness composite pressure shell structure and its processing method. Including the outer and inner surface layer wrapped by high strength carbon fibers and composite reinforcing bars arranged between the outer and inner surface layers, and filled with core material between reinforcing bars; the light-weight and high-stiffness composite compression shell structure of the invention can greatly reduce the shear stress and shear deformation of the core material; compared with the conventional sandwich cylindrical shell structure, it can improve the structural loss. More than 30% steady load can significantly reduce the impact of local damage on structural strength, and can effectively suppress internal cracks and damage propagation by using built-in reinforcement bars. At the same time, it can reduce the weight of the structure, improve the endurance of underwater vehicles, and achieve the design objectives of sound absorption, non-magnetic, vibration reduction and other functions, so as to achieve the integration of structural load-bearing and function.
【技术实现步骤摘要】
一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构
本专利技术涉及水下航行器领域,特别是涉及一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构。
技术介绍
耐压壳体是水下航行器的重要组成部分,其主要起到承受外部深海静水压力、为内部的设备系统或人员提供水密空间的作用。目前常见的水下航行器耐压壳体主要采用金属材料制造,如高强度钢、钛合金、铝合金等;同时也出现了大量的复合材料耐压壳体,但主要采用单一的高强度碳纤维缠绕复合材料耐压壳或单一常规夹层复合材料圆柱壳体结构。目前常用的水下航行器的耐压壳体结构主要存在以下问题:金属耐压壳体重量较大,且无法实现功能性设计;单一高强碳纤维纤维复合材料耐压壳体结构虽然比金属耐压壳体质量轻,但存在结构承载效率不高、层间剪切强度不足及厚壳缠绕工艺难度大的问题;而常规的夹层复合材料圆柱壳体,尤其是当采用功能型芯材且芯材厚度较厚时,常存在结构剪切变形大、局部缺陷和损伤容易扩展的问题。由于上述不足,导致水下航行器的性能,包括环境适应能力、使用效率、成本以及安全性等方面经常难以满足实际使用的需求,限制了水下航行器的推广应用。
技术实现思路
本专利技术创造的目的在于,提供一种在夹层复合材料圆柱壳内外表层之间内置复合材料加强筋的新型轻质高刚度性复合材料构成的耐压壳体结构。一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构,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;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 ...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员:李华东,陈国涛,朱荣鑫,周振龙,高海昌,
申请(专利权)人:中国人民解放军海军工程大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。