[發(fā)明專利]含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料身管及其預(yù)應(yīng)力施加方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611182937.0
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106643283B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱元林;劉禮華;張春雷;李智
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇法爾勝技術(shù)開發(fā)中心有限公司
• 主分類號: F41A21/02
• 分類號: F41A21/02;F41A21/04;B32B1/08;B32B9/04;B32B15/14;B32B33/00
• 代理公司: 江陰市同盛專利事務(wù)所(普通合伙) 32210
• 代理人: 孫燕波

本發(fā)明涉及一種含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料身管及其預(yù)應(yīng)力施加方法，身管包括金屬內(nèi)襯、金屬尾管和碳纖維復(fù)合材料層，所述金屬內(nèi)襯和金屬尾管銜接，所述金屬內(nèi)襯的筒身外周成型有環(huán)形凹槽，所述碳纖維復(fù)合材料層對應(yīng)纏繞在所述環(huán)形凹槽內(nèi)，并且所述碳纖維復(fù)合材料層具有環(huán)向壓緊該金屬內(nèi)襯的趨勢。上述結(jié)構(gòu)的身管采用了分段組裝的設(shè)計方式，可減輕身管每段的重量，便于攜帶，碳纖維復(fù)合材料層與金屬內(nèi)襯之間產(chǎn)生了環(huán)向預(yù)應(yīng)力，從而使兩者接觸更加緊密，碳纖維復(fù)合材料層受到一個環(huán)向拉應(yīng)力，而金屬內(nèi)襯受到一個環(huán)向壓應(yīng)力，從而改善金屬內(nèi)襯的受力狀況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含有金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料承壓身管結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力施加方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展要求未來武器裝備具有輕便、機動、靈活快速反應(yīng)等特點，因此必須大力開發(fā)新型結(jié)構(gòu)和功能材料。其中纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞及可設(shè)計性好等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的一類新型材料。但纖維復(fù)合材料的抗燒蝕能力和密閉性較差，所以一般在纖維復(fù)合材料發(fā)射筒的內(nèi)壁附加一層金屬材料，這種含金屬內(nèi)襯的纖維復(fù)合材料發(fā)射筒不僅質(zhì)量輕、可設(shè)計性強，還具有很好的密封性，可滿足各種武器平臺對發(fā)射筒的使用要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前我國部隊采用的發(fā)射筒身管仍采用全金屬制作，過重的發(fā)射筒不方便戰(zhàn)士攜帶，作戰(zhàn)的靈活機動性也較差。

如果直接在金屬內(nèi)襯外表面纏繞碳纖維復(fù)合材料來制作身管，也存在一些技術(shù)上的不足:

其一：金屬內(nèi)襯外表面纏繞的復(fù)合材料層需要高溫固化，如采用熱固性聚酰亞胺樹脂，固化溫度達三百度以上，在這么高的固化溫度下，金屬內(nèi)襯發(fā)生膨脹，而外表面的碳纖維復(fù)合材料層對溫度不敏感，高溫下基本不發(fā)生膨脹，金屬內(nèi)襯熱膨脹后將外表面纏繞的碳纖維復(fù)合材料層撐開，固化冷卻后，金屬內(nèi)襯發(fā)生收縮，容易在復(fù)合材料層與金屬內(nèi)襯界面產(chǎn)生間隙，發(fā)生結(jié)合不緊密的情況，導(dǎo)致碳纖維復(fù)合材料層無法起到加固身管環(huán)向強度的作用。

其二：金屬內(nèi)襯的模量一般為200GPa，屈服強度為1280MPa，而碳纖維(T800)復(fù)合材料層環(huán)向模量一般小于金屬的模量，一般為180GPa，強度為3000MPa左右，因為復(fù)合材料的環(huán)向模量小于金屬內(nèi)襯，所以在實彈發(fā)射時，碳纖維復(fù)合材料層上的環(huán)向應(yīng)力小于金屬內(nèi)襯上的環(huán)向應(yīng)力更遠遠低于其自身強度，造成材料的浪費。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種含金屬內(nèi)襯碳纖維復(fù)合材料身管及其預(yù)應(yīng)力施加方法，提高金屬內(nèi)襯與作為加固件的碳纖維復(fù)合材料層之間的接觸緊密性。利用金屬塑性變形的特性使金屬內(nèi)襯在外部高壓作用下環(huán)向發(fā)生不可恢復(fù)的塑性變形，同時金屬內(nèi)襯外的碳纖維復(fù)合材料層保持彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力，從而使金屬內(nèi)襯在碳纖維復(fù)合材料層的作用下產(chǎn)生環(huán)向壓應(yīng)力。當(dāng)金屬內(nèi)襯內(nèi)腔受到壓力時，環(huán)向壓應(yīng)力將抵消部分金屬內(nèi)襯承受的拉應(yīng)力，從而改善金屬內(nèi)襯的受力狀況。而且，如果金屬內(nèi)襯中有細微裂紋存在，由于環(huán)向壓應(yīng)力的存在，可延緩其發(fā)展過程，從而提高身管耐疲勞性能。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種金屬內(nèi)襯纏繞碳纖維復(fù)合材料身管，包括金屬內(nèi)襯、金屬尾管和碳纖維復(fù)合材料層，所述金屬內(nèi)襯和金屬尾管銜接，所述金屬內(nèi)襯的筒身外周成型有環(huán)形凹槽，所述碳纖維復(fù)合材料層對應(yīng)纏繞在所述環(huán)形凹槽內(nèi)，并且所述碳纖維復(fù)合材料層具有環(huán)向壓緊該金屬內(nèi)襯的趨勢。

金屬內(nèi)襯的兩端設(shè)置有連接螺紋，若干金屬內(nèi)襯之間通過螺紋實現(xiàn)依次連接，金屬尾管與末端金屬內(nèi)襯相連接。金屬尾管設(shè)置在身管的末端部位，無需碳纖維復(fù)合材料層的加固。