一种复合材料耐压壳体及其成型方法技术

本发明专利技术公开一种复合材料耐压壳体及其成型方法，该方法采用金属与聚合物基制成能够在水下大深度下正常工作，且不发生明显形变的耐压壳体，该耐压壳体在满足强度和刚度的条件下重量轻。采用该方法成型的耐压壳体包括金属骨架，以及一次布设在金属骨架外的第一玻璃钢层、钛丝绕制层、第二玻璃钢层、碳纤维层和防护层。采用金属框架结构一是可作为耐压壳体的骨架，二是可减轻整体结构的重量。采用不同性能及特点的材料制成的整体构件，可保证其内部应力均匀分布，又能使其承受一定的外力冲击。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，该方法采用金属与聚合物基制成能够在水下大深度下正常工作，且不发生明显形变的耐压壳体，该耐压壳体在满足强度和刚度的条件下重量轻。采用该方法成型的耐压壳体包括金属骨架，以及一次布设在金属骨架外的第一玻璃钢层、钛丝绕制层、第二玻璃钢层、碳纤维层和防护层。采用金属框架结构一是可作为耐压壳体的骨架，二是可减轻整体结构的重量。采用不同性能及特点的材料制成的整体构件，可保证其内部应力均匀分布，又能使其承受一定的外力冲击。【专利说明】
本专利技术涉及一种耐压壳体及其成型方法，具体涉及一种复合材料耐压壳体成型及其方法。
技术介绍
为维护国家海洋权益，发展军民兼用的海洋高技术装备是当务之急。从近几年国内外发展趋势来分析，研发一种能在水下几千米深度使用、具有对深海地表或地层进行探测、收集相关海洋数据的装备非常重要。目前，世界各大浅海油田及大陆架油田得到了充分地开发，各国油气开发逐渐向深海地区推进，获得了很好的经济效益。然而我国海上勘探与开发主要在近海大陆架较浅的海域，因此为尽快进行深海海域勘探开发，大幅度增加海上油气产量势在必行。我国南海北部的大陆架和南沙海域，已勘探到有着丰富的油气资源，蕴藏量相当于目前我国沿海大陆架油气蕴藏量的1.5倍。从另一方面分析，就当前技术来说，由于水下航行器壳体承压能力的限制，我们还不具备走向深水的能力，与世界深水技术的发展相比还存在着很大差距。为此有必要开发出一种能在水下具备探测、侦察与反侦察的航行器，同时要求其在水下运动灵活、自身隐蔽性强，且具备一定抗冲击能力。要求航行器壳体应具备重量轻，抗压能力强等特点。【专利
技术实现思路
】有鉴于此，本专利技术提供，该耐压壳体能够在水下大深度下正常工作，且不发生明显形变，同时保证其在满足强度和刚度的条件下重量轻。所述复合材料耐压壳体包括:由两个法兰、两个以上纵支撑肋和两个以上支撑环组成的金属骨架；以及依次布置在金属骨架外圆周的第一玻璃钢层、钛丝绕制层、第二玻璃钢层、碳纤维层和防护层；其中所述两个法兰同轴放置，在两个法兰之间沿周向均匀分布两个以上纵支撑肋，所述纵支撑肋的两端分别与两个法兰连接；在两个法兰之间沿均匀轴向分布两个以上支撑环，所述支撑环与纵支撑肋连接。该复合材料耐压壳体的成型方法为:步骤一、制作由法兰、纵支撑肋和支撑环组成的金属骨架；所述法兰先采用锻造工艺制成半成品后，再采用机加工工艺制成成品；然后将两个法兰同轴布置，在两个法兰之间沿周向均匀布置两个以上纵支撑肋，所述纵支撑肋的两端分别与两个法兰连接；在纵支撑肋上沿轴向均匀布置两个以上支撑环，所述支撑环与纵支撑肋连接。步骤二、将步骤一所形成的金属骨架安装在可做旋转运动的工装上，然后在其外圆周面上缠绕一层以上用环氧树脂胶浸溃后的玻璃纤维布，形成第一层玻璃钢层；在缠绕玻璃纤维布的过程中，对被缠绕的玻璃纤维布施以恒定张力，并匀速转动金属骨架；玻璃纤维布缠绕完成后，在室温下固化24h。步骤三、在所述第一玻璃钢层的外圆周面上制作钛丝绕制层:首先将钛丝的一端固定在任意一个法兰上，然后边在钛丝上均匀涂覆环氧树脂胶边将钛丝绕制在第一玻璃钢层的外圆周面上，形成钛丝绕制层；绕制时对钛丝施以恒定张力。步骤四、在所述钛丝绕制层的外表面均匀涂覆环氧树脂胶，然后在钛丝绕制层的外表面绕制一层以上用环氧树脂胶浸溃后的玻璃纤维布，形成第二玻璃钢层；在缠绕玻璃纤维布的过程中，对被缠绕的玻璃纤维布施以恒定张力，并匀速转动金属骨架。步骤五、在所述第二玻璃钢层的外圆周面上制作碳纤维层，由此形成耐压壳体半成品:在第二玻璃钢层的外圆周面上均匀喷射树脂胶液，然后边匀速转动工装上的金属骨架边在第二玻璃钢层的外圆周面上缠绕碳纤维长丝；当缠绕完一层后，在其外表面喷射树脂胶液，再进行下一层的缠绕；碳纤维层制作完成后，将耐压壳体半成品从工装上卸下；步骤六:在所述碳纤维层的外表面设置防护层，由此形成所需的耐压壳体。在所述防护层的外圆周面上沿轴向设置两个以上碰撞环。将所述两个法兰加工为圆锥形结构，其小端面相对。在所述两个法兰的圆锥形外圆周面上，与第一玻璃钢层、钛丝绕制层、第二玻璃钢层、碳纤维层及防护层的相接触的位置分别加工有径向三角形环槽。所述纵支撑肋与法兰及支撑环之间均采用铆接工艺连接。所述步骤五中制作碳纤维层时，采用三组碳纤维长丝边按设定规律编制边缠绕。所述步骤六中防护层的材料由聚酰胺脂和玻璃纤维复合而成，其中玻璃纤维的质量为聚酰胺脂质量的30%?35%。有益效果该成型方法将物理与化学有机地相结合，将多种具备不同性质和特点的材料通过适当的工艺方法复合制成多相体系的固体，其性能比组成构件的分相材料的性能有较大提高，即具有“复合”效应。采用该方法，可避免构件内部应力集中，保证其整体应力均匀分布，又能使其承受一定的外力冲击。同时依据实际使用工况，通过设计，可灵活调整其材料成分。采用该方法制造出的耐压壳体能承受较高的外压作用而不发生形变与失稳现象；采用金属框架结构与非金属材料相结合:金属框架结构一是可作为耐压壳体的骨架，二是可减轻整体结构的重量。采用不同性能及特点的材料制成的整体构件，可保证其内部应力均匀分布，又能使其承受一定的外力冲击。【专利附图】【附图说明】图1是耐压壳体的剖示图；图2耐压壳体的端面视图。其中:1-法兰、2-纵支撑肋、3-支撑环、4-第一玻璃钢层、5-钛丝绕制层、6_碳纤维层、7-防护层、8-防碰撞环、9-第二玻璃钢层【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本实施例提供一种复合材料制成的水下航行器耐压壳体及其成型方法，该壳体作为水下探测设备或其他要求与水隔离的仪器设备的安装平台，能承受40MPa (水下4000m)外压的能力，且在满足使用条件下重量轻、具备一定的防冲击能力。本实施例中对耐压壳体的物理尺寸要求为:外径直径760mm、长1500mm(大容积)，在满足使用条件下要求重量轻；工作环境:海水中作业，且能承受40MPa外压的能力，同时具备一定的防冲击能力。基于上述使用条件，本实施例采用金属与聚合物基制成耐压壳体，其结构组成如图1所示，包含法兰1、纵支撑肋2、支撑环3、玻璃钢层4、钛丝绕制层5、碳纤维层6、防护层7和防碰撞环8。为满足上述使用要求，本实施例采用金属骨架作为耐压壳体的支撑肋2，外部分层敷以金属丝及其他非金属材料组成整体构件，这样即可降低构件内部的应力集中，最大化地使其内部应力均匀分布，又可保证其对外的承压能力。该耐压壳体的具体结构为:步骤一:用高强度7050铝合金制作由法兰1、纵支撑肋2和支撑环3组成的金属骨架。将位于耐压壳体两端的连接法兰先采用锻造工艺制成半成品后，再采用机加工工艺制成成品。其目的在于改善法兰内部组织，提高其强度与韧性。同时在保证法兰的强度及装配工艺的条件下，将法兰设计成圆锥形结构(其过渡面为弧面，以避免应力集中)，并在法兰圆锥形外表面上与其他材料的连接部位加径向三角圆环槽，其作用一是在保证装配尺寸及构件强度的条件下，可减小构件的重量；二是能够增强法兰与其他材料间的连接强度。然后将两个法兰同轴布置，其中两个法兰的小端面相对。在两个法兰之间沿周向均匀分布多个纵支撑肋，为控制纵支撑肋应力集中点的均匀性，采用铆接工艺将纵支撑肋的两端分别与两个法兰连接。为提高整体强度，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料耐压壳体，其特征在于，包括：由两个法兰（1）、两个以上纵支撑肋（2）和两个以上支撑环（3）组成的金属骨架；以及依次布置在金属骨架外圆周的第一玻璃钢层（4）、钛丝绕制层（5）、第二玻璃钢层（9）、碳纤维层（6）和防护层（7）；其中所述两个法兰同轴放置，在两个法兰之间沿周向均匀分布两个以上纵支撑肋，所述纵支撑肋的两端分别与两个法兰连接；在两个法兰之间沿均匀轴向分布两个以上支撑环，所述支撑环与纵支撑肋连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢水兵，刘栋，易学平，寿丽莉，刘强，高频，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，
类型：发明
国别省市：