[發明專利]可彈性彎曲的抗沖吸能覆蓋層

有效

• 申請號: 201410282915.6
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104071313A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 諶勇;華宏星;殷彩玉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B63B59/00
• 分類號: B63B59/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種覆蓋層，特別是涉及一種可彈性彎曲的抗沖吸能覆蓋層。

背景技術

隨著近年來我國深海戰略的發展，大量的艦船及海洋結構在航行及全壽命運行過程中，可能會受到來自水下爆炸物及外來物撞擊的載荷。這類沖擊載荷通常具有突發性，且能量巨大，很容易對艦船及海洋結構造成巨大的損傷，從而帶來不可估量的損失。因此，在事前針對的艦船及海洋結構采取相應的沖擊防護措施顯得十分必要。

經過對現有技術的檢索發現，早在“一戰”后，1938年意大利海軍的“JulioCaesarea”號及1943年美國海軍的“owa”號等戰艦，就在舷側專門增加了防雷艙，并采用了加強船體和建造多層艙室等手段。采取防護設計措施后，可以有效抵抗300-400公斤TNT當量的水雷。然而這些防爆措施顯著的缺點是施工及建造復雜，同時需要設置5-6m的無人區域，浪費了大量寶貴空間，在現代艦船上已很少采用。

先進雙層船體(Advanced?Double?Hull)是八十年代后期美國開始評估的新概念船體設計之一。主船體包括內層船體和外層船體，兩者之間由縱向腹板連接。ADH的所有構件為單向，均沿著船體的長度方向。傳統船體的橫向加強結構也被水平的隔壁所取代。同傳統船體結構相比，這種船體的一個突出優點是其抵抗水下爆炸和觸礁等外部沖擊載荷的能力。由于擯棄了橫向加強結構及垂向的支柱，使船體底部結構受到沖擊載荷時有更大的變形空間。而在底部的兩層船體之間形成了夾層結構，所以當外層船體和芯層發生塑性變形時，吸收了沖擊能量，從而保護了內層船體，避免了整船受到損傷。

從雙層船體引申出來的三明治夾芯(sandwich)結構的具有良好的抗爆及抗撞擊的應用前景。夾芯結構的基本形式為兩層強度較高的面板(face?panel)和夾在其中的芯層(core)。根據不同的性能需求，芯層的材料和結構形式可以是多種多樣的。如芯層主要由金屬構成的格構桁架(lattice?truss)或波紋板(corrugated?plate)形式、芯層為泡沫金屬以及全復合材料的形式等。這類結構具有抗沖擊特性強的優點，但由于其制造加工工藝非常復雜，成本高昂，而且在變形后難以修復，目前還未見到實際艦船及海洋結構上的應用。另外，如需對現有結構進行改裝也非常困難，工藝上難以實施。

自2004年以來，申請人針對一種能夠敷設在艦船外殼上的橡膠超彈性夾層蜂窩結構開展了研究。理論分析及試驗結果表明，該覆蓋層在受到輕度及中度沖擊載荷時，防護效果良好。其基本作用機理是通過覆蓋層中間的橡膠薄壁受壓屈曲時產生的大變形形成應力平臺期，減少沖量并對沖擊載荷行緩沖，有效降低作用在主結構上的沖擊力從而有效保護主結構。同金屬結構相比，這種結構主要材料是橡膠材料，具有可恢復彈性大變形的能力。而在制造時，可采用模具整塊澆注而成，然后用特種膠粘接固結在船體或結構外表面，工藝比較成熟。橡膠多孔覆蓋層同金屬夾層結構的優缺點比較如表1所示。

表1

可以看出，這兩類結構各有優點，橡膠覆蓋層工藝性好，易于在具有復雜曲面的結構上敷設、成本低廉且易于修復；而金屬夾芯結構的吸能特性好，耐強爆炸和撞擊載荷。同樣，兩類結構又具有各自的缺點，如橡膠結構吸能水平相對比較低，而金屬結構的工藝性又很差，目前在實際應用中難以施工。因此，如何設計一種新型抗爆防撞結構，既要實現其受到沖擊載荷時能有效吸收沖擊能量，保護主結構，同時要保證其良好的工藝性，能夠對艦船等外形復雜的曲面實現有效貼合，是解決問題的關鍵所在。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可彈性彎曲的抗沖吸能覆蓋層，其可控制覆蓋層內部吸能結構的分布方式，實現能量吸收的最大化，同時整塊覆蓋層具有可有限彈性彎曲的特點，從而比較容易的實現對結構復雜曲面的有效貼覆，且兼具良好的功能性和工藝性。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種可彈性彎曲的抗沖吸能覆蓋層，其特征在于，其包括橡膠基體、泡沫吸能體、吸能體表皮、覆蓋層上表皮、覆蓋層下表皮，橡膠基體內部含有多個泡沫吸能體，泡沫吸能體表面覆有吸能體表皮，橡膠基體上表面設有覆蓋層上表皮，橡膠基體下表面設有覆蓋層下表皮。

優選地，所述覆蓋層上表皮、覆蓋層下表皮都為1-2mm厚度的尼龍鏈線交叉組成的復合層。

優選地，所述泡沫吸能體需采用金屬或熱塑性開孔泡沫預制而成，單個泡沫吸能體的形狀為球形或無尖角的柱形形狀，在覆蓋層的厚度方向需保證鋪設二至三層，而在寬度方向需保證單個吸能體之間的距離不小于5毫米。