[發(fā)明專利]復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)船體的連接結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310437436.2
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103482019A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李永勝;王緯波;吳健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七○二研究所
• 主分類號: B63B15/00
• 分類號: B63B15/00
• 代理公司: 無錫華源專利事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 孫力堅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于船舶的夾芯復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)船體的連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前鋼質(zhì)船舶的上層建筑材料普遍采用鋼或鋁，船舶在周期性波浪力的作用下，船體上層建筑易產(chǎn)生疲勞破壞，尤其是在上層建筑的前后兩端與主船體的連接處，由于受到嚴(yán)重的局部交變載荷從而誘發(fā)持久的疲勞裂紋，從而縮短船舶的有效使用壽命。

?為了改善鋼或鋁上層建筑的連接疲勞壽命問題，采用輕型的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計船舶上層建筑成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。在傳統(tǒng)鋼質(zhì)船舶上采用夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)建造上層建筑，國外已有應(yīng)用的先例，典型的如美國海軍新型的大型驅(qū)逐艦“DDG-1000”、法國海軍“La?Fayette”級護(hù)衛(wèi)艦的上層建筑等均采用了先進(jìn)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。利用夾芯復(fù)合材料與鋼彈性模量不匹配的特性（船用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量僅僅只有鋼彈性模量的10%～15%左右），可以有效減輕上層建筑與船體甲板連接處的應(yīng)力集中，提高連接疲勞強(qiáng)度。同時利用夾芯復(fù)合材料比強(qiáng)度、比剛度比鋼、鋁大得多的優(yōu)勢，能有效的減輕上層建筑結(jié)構(gòu)的重量，降低船舶重心高度，提高船舶穩(wěn)性以及快速性。利用夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的可設(shè)計性以及芯材的隔聲特性，使得夾芯復(fù)合材料上層建筑還兼具隔聲、隱身等傳統(tǒng)材料難以取得的性能，因此使用夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是未來船舶上層建筑設(shè)計的一個發(fā)展方向。基于上述原因可以設(shè)計出一種新型的復(fù)合船體，即上層建筑為夾芯復(fù)合材料，主船體仍為傳統(tǒng)鋼板料。但是夾芯復(fù)合材料與鋼板料為兩種完全不同性質(zhì)的材料，二者的結(jié)合處存在一定的技術(shù)難度，迫切需要設(shè)計并制造一種連接強(qiáng)度高、可靠性強(qiáng)、制造方便的連接結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請人針對上述現(xiàn)有夾芯復(fù)合材料與鋼板料船體無法直接連接的問題，進(jìn)行了研究改進(jìn)，提供一種結(jié)構(gòu)合理、制造方便的復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)船體的連接結(jié)構(gòu)，具有可靠性好、連接強(qiáng)度高、制造方便的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)船體的連接結(jié)構(gòu)，包括填充芯材、鋼板，以及按照由里至外順序覆蓋在填充芯材、鋼板端面的粘結(jié)層及復(fù)合材料表皮；所述鋼板的一端伸入所述填充芯材的內(nèi)部，另一端伸出所述粘結(jié)層及復(fù)合材料表皮并與鋼質(zhì)甲板連接；所述粘結(jié)層及復(fù)合材料表皮向上延伸至覆蓋復(fù)合材料上層建筑母體芯材的端面。

其進(jìn)一步技術(shù)方案在于：

所述復(fù)合材料表皮采用纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的纖維形式可以采用平面織物、單向布、縫編氈及各種三向織物或其組合的任意一種，并且在上述纖維形式中可加入短切纖維氈或表面氈；

所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料為預(yù)浸基體樹脂的纖維或未浸基體樹脂的纖維中的任意一種，上述纖維選自玻璃纖維、碳纖維、連續(xù)玄武巖纖維、芳綸纖維或以上四種組合中的任意一種；

所述填充芯材可以為輕木芯材、聚氨酯（PU）泡沫、聚氯乙烯（PVC）泡沫、丙烯腈-苯乙烯(SAN)泡沫、聚醚酰亞胺(PEI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）及聚甲基丙烯酰亞胺?(PMI)泡沫芯材材料中的任意一種；

所述粘結(jié)層4的材料為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂中的任意一種；

所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的基體樹脂選自不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂中的任意一種；

所述預(yù)浸基體樹脂選自不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂中的任意一種。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、連接強(qiáng)度高、制造方便，本發(fā)明與復(fù)合材料上層建筑母體結(jié)構(gòu)一體成型，避免復(fù)合材料連接時通常需要采用二次粘結(jié)工藝帶來的連接強(qiáng)度低的問題，大大提高了各結(jié)構(gòu)連接的一致性及可靠性；將鋼板引入到連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，使得連接結(jié)構(gòu)可直接與鋼質(zhì)甲板進(jìn)行焊接，克服船舶常用熱固性樹脂基復(fù)合材料無法直接與鋼板焊接的問題，簡化了制造工藝，有利于實(shí)船建造；本發(fā)明通過將鋼板的一端伸入填充芯材內(nèi)部，避免了在連接區(qū)最弱截面位置進(jìn)行芯材與鋼板的材料轉(zhuǎn)變，由此引發(fā)該位置的應(yīng)力集中進(jìn)而削弱連接強(qiáng)度，同時填充芯材采用比母體芯材剪切強(qiáng)度及模量更高的材料，大大提高了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的彎曲性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1在A處的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。