[發明專利]具有肋骨補強的圓形開口復合材料正交格柵圓柱殼

有效

• 申請號: 201210057049.1
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102602528A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 任明法;石姍姍;孫直
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B64C1/12
• 分類號: B64C1/12;F42B15/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種開口復合材料格柵結構，尤其是能夠以較小重量取得較強結構承載力的具有補強肋骨的圓形開口復合材料正交格柵圓柱殼。

背景技術

目前公知的開口復合材料正交格柵圓柱殼結構，由加筋格柵(肋骨)和被支撐殼體(蒙皮)組成，其材料是由連續纖維和有機樹脂材料復合而成。殼體結構上分布相互正交的肋骨(或筋)，肋骨按正交格柵形式分布，分為軸向肋骨與環向肋骨，其布置和走向由2個方向組成一個循環。作為一個承力結構，正交肋骨是承受載荷的主要部分，蒙皮承受小部分載荷，主要起到保證外形的作用。由于安裝門、窗等需求，有時需要在格柵結構特定部分開口，開口會使復合材料格柵結構產生應力集中，造成結構剛度和強度下降，影響結構的使用。傳統的解決辦法是使用大面積纖維復合材料蒙皮對開口進行增強，但是由于開口附近應力狀態復雜，并非全部補強蒙皮平均分擔開口附近的應力集中，因此纖維復合材料補強蒙皮覆蓋面積較大。為達到預期的補強效果，常需要較厚的蒙皮厚度，造成結構重量上升幅度較高。

發明內容

本發明提供了一種具有肋骨補強的圓形開口復合材料正交格柵圓柱殼，其采用肋骨補強的方式，在開口結構的周圍設置肋骨，使截面積較小而抗彎剛度較大的補強肋骨分布在圓形開口附近應力集中位置，形成一個應力傳遞均勻、無明顯應力集中的開口格柵結構。根據有限元分析結果，減輕開口附近的應力集中現象，可以提高局部屈曲載荷、減小局部屈曲發生的可能性，從而提高結構的強度。而且，由于補強肋骨只分布在對局部屈曲強度貢獻較大的部位，結構重量沒有明顯增加。同時，補強肋骨的厚度與正交肋骨相同，因此結構尺寸無明顯變化；全部肋骨可以由纏繞工藝纏繞在刻有凹槽的模具上，之后鋪設蒙皮，并一同固化，加工過程與現有結構加工過程無明顯區別，因此方便在現有設計基礎上進行改進。

本發明的技術方案如下：

一種具有肋骨補強的圓形開口復合材料正交格柵圓柱殼，該格柵圓柱殼結構主要由蒙皮、正交肋骨、圓形開口和開口周圍的補強肋骨構成。圓形開口的周圍設置補強肋骨，使其圍成一個閉合凸六邊形，閉合凸六邊形的各邊均使用補強肋骨：

凸六邊形的左右兩邊，位于圓形開口的左右兩側，這兩邊相切于圓形開口并與圓柱殼體的對稱軸平行，左右邊長與圓形開口的直徑相同。凸六邊形的上下兩個頂點分別位于過圓形開口圓心的母線上，距離開口邊緣一個格柵肋骨的間距。上下兩個頂點與左右兩邊端點的連線構成凸六邊形的其他四條邊。

此外，還有兩根補強肋骨，均為與軸線平行的短肋骨，分別與凸六邊形上下兩端相連接，一端接凸六邊形的上下頂點，另一端接圓形開口的邊緣。

所有補強肋骨處于圓形開口周圍一個格柵肋骨間距內，不與正交肋骨產生額外交叉，因此不會帶來由于肋骨交叉產生的工藝困難。所有補強肋骨的寬度和厚度與圓形開口復合材料格柵結構的正交肋骨尺寸相同，便于通過纏繞工藝將全部肋骨纏繞在刻有凹槽的模具上，之后鋪設蒙皮，并和主體結構一同固化，采用共固化工藝可以使補強肋骨、主體結構正交肋骨和蒙皮緊密連接。

本發明的有益效果是：

1、與傳統蒙皮補強圓形開口復合材料正交格柵圓柱殼結構相比，本發明使結構載荷傳遞趨于平順，可降低圓形開口周圍的應力奇異性，提高局部屈曲載荷、減小局部屈曲發生的可能性，從而提高結構的整體強度。在有效提高圓形開口復合材料正交格柵圓柱殼結構強度的同時，可較大幅度控制結構重量的增加。

2、本發明補強肋骨的厚度與正交肋骨相同，結構尺寸無明顯變化；全部肋骨可以由纏繞工藝纏繞在刻有凹槽的模具上，之后鋪設蒙皮，并一同固化，加工過程與現有結構無明顯區別，方便在現有設計基礎上進行改進。

3、本發明的適用范圍較廣，各型號飛機艙段和火箭整流罩均可適用。根據結構尺寸和載荷水平，可進行纖維復合材料的設計，選用適當的纖維如碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等，以及不同的基體材料、鋪設方式，使結構剛度和強度滿足要求。

4、本發明采用復合材料，該材料對雷達波無反射作用，可制作具有隱形功能的結構。

附圖說明

圖1是本發明開口補強區域的局部放大圖。

圖2是本發明補強肋骨結構示意圖。

圖中：圓形虛線表示結構開口范圍，粗實線表示補強肋骨，點橫線表示復合材料格柵結構的其他正交肋骨。

圖3是本發明實施例的立體圖。

圖4是蒙皮與肋骨的鏈接方式示意圖。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。