[發(fā)明專利]一種夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111157368.5
• 申請(qǐng)日: 2021-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN113815767B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李華東;武大江;胡浩中;梅志遠(yuǎn);秦慧;陳國(guó)濤;張建設(shè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué);武漢海威船舶與海洋工程科技有限公司
• 主分類號(hào): B63B3/13
• 分類號(hào): B63B3/13;B63B73/50;B29D99/00;B29C70/30
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王杰

1.一種夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，所述夾層復(fù)合材料耐壓殼體包括復(fù)合材料內(nèi)表層、復(fù)合材料外表層以及填充于所述復(fù)合材料內(nèi)表層與復(fù)合材料外表層之間的內(nèi)部填充芯材，其特征在于，所述端部連接結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于所述復(fù)合材料內(nèi)表層端部的復(fù)合材料內(nèi)凸緣、設(shè)置于所述復(fù)合材料外表層端部的復(fù)合材料外凸緣、安裝于所述復(fù)合材料內(nèi)凸緣與復(fù)合材料外凸緣之間的分體式嵌入圓環(huán)、設(shè)置于連接結(jié)構(gòu)端部的過(guò)渡法蘭、設(shè)置于所述分體式嵌入圓環(huán)與內(nèi)部填充芯材連接處的復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)；所述復(fù)合材料內(nèi)凸緣在復(fù)合材料內(nèi)表層原有纖維的基礎(chǔ)上通過(guò)分層增加環(huán)向嵌入層、分步纏繞、與復(fù)合材料內(nèi)表層一體成型；所述復(fù)合材料外凸緣在復(fù)合材料外表層原有纖維的基礎(chǔ)上通過(guò)分層增加環(huán)向嵌入層、分步纏繞、與復(fù)合材料外表層一體成型；所述過(guò)渡法蘭的裝配面與內(nèi)部分體式嵌入圓環(huán)相匹配，過(guò)渡法蘭與分體式嵌入圓環(huán)固定連接，同時(shí)過(guò)渡法蘭用于與外部結(jié)構(gòu)連接；所述復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)用于降低連接結(jié)構(gòu)局部處的應(yīng)力集中水平，并起到緊固分體式嵌入環(huán)的作用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料內(nèi)凸緣與復(fù)合材料外凸緣在制造時(shí)，環(huán)向嵌入層與原有纖維層交替成型，采用纏繞工藝時(shí)，環(huán)向嵌入層采用90°環(huán)向纖維大張力纏繞成型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分體式嵌入圓環(huán)的軸截面總體為梯形，靠近耐壓殼體內(nèi)部一側(cè)為大端，靠近端部一側(cè)為小端，分體式嵌入圓環(huán)內(nèi)外表面的坡度根據(jù)復(fù)合材料內(nèi)凸緣與復(fù)合材料外凸緣具體纏繞角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證纖維纏繞過(guò)程中無(wú)“架空”現(xiàn)象。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分體式嵌入圓環(huán)由多個(gè)圓弧形圓環(huán)分離體通過(guò)圓弧形連接嵌塊拼接組裝而成；所述圓環(huán)分離體的環(huán)向端部均設(shè)置有連接用凹槽，所述凹槽底部設(shè)置有連接用螺紋盲孔，凹槽側(cè)面設(shè)置有拔模斜度；所述連接嵌塊的尺寸和拔模斜度與所述凹槽相匹配，連接嵌塊通過(guò)螺釘與凹槽底部的螺紋盲孔固定連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分體式嵌入圓環(huán)外表面設(shè)有環(huán)向凹槽，所述環(huán)向凹槽內(nèi)采用90°環(huán)向纏繞工藝設(shè)置復(fù)合材料環(huán)向緊固環(huán)，加強(qiáng)對(duì)所述分體式嵌入圓環(huán)的緊固。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，采用90°纖維大張力環(huán)向纏繞工藝成型，復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的厚度和長(zhǎng)度能保證降低連接結(jié)構(gòu)局部處的應(yīng)力集中水平，并起到緊固分體式嵌入環(huán)的作用；復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的環(huán)向橫截面采用矩形或厚度漸變式截面。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，采用預(yù)浸料+熱壓罐工藝或真空輔助成型工藝制造；復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的環(huán)向橫截面采用非對(duì)稱截面。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過(guò)渡法蘭與復(fù)合材料外凸緣端部采用粘接連接，并在連接界面處采用高延伸性的韌性樹脂進(jìn)行水密處理；所述分體式嵌入圓環(huán)與復(fù)合材料內(nèi)凸緣端部界面處采用高延伸性的韌性樹脂進(jìn)行水密處理；所述過(guò)渡法蘭與分體式嵌入圓環(huán)之間設(shè)置有密封圈，以保證水密性。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過(guò)渡法蘭與分體式嵌入圓環(huán)采用金屬材料制造而成。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾層復(fù)合材料耐壓殼體端部連接結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于長(zhǎng)纖維纏繞工藝，制造復(fù)合材料內(nèi)表層及其端部的復(fù)合材料內(nèi)凸緣，制造過(guò)程中，復(fù)合材料內(nèi)表層的原有纖維層與復(fù)合材料內(nèi)凸緣的環(huán)向嵌入層交替成型；

S2、在復(fù)合材料內(nèi)表層及復(fù)合材料內(nèi)凸緣外表面涂刷連接用粘接劑，裝配分體式嵌入圓環(huán)，保證復(fù)合材料內(nèi)凸緣與復(fù)合材料內(nèi)表層配合良好；

S3、拼接內(nèi)部填充芯材，整體灌封后，在復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)位置處機(jī)加工相應(yīng)的環(huán)向槽道；

S4、采用纏繞工藝、預(yù)浸料+熱壓罐工藝或真空輔助成型工藝在環(huán)向槽道內(nèi)制造復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)環(huán)；

S5、按照與步驟S1一致的工藝，進(jìn)行復(fù)合材料外表層及其端部的復(fù)合材料外凸緣的纏繞成型；成型后，通過(guò)機(jī)加工，完成復(fù)合材料外凸緣端部的加工成型；

S6、在過(guò)渡法蘭與分體式嵌入圓環(huán)之間裝配密封圈，并裝配過(guò)渡法蘭至分體式嵌入圓環(huán)上，并對(duì)過(guò)渡法蘭與復(fù)合材料外凸緣端部界面、分體式嵌入圓環(huán)與復(fù)合材料內(nèi)凸緣端部界面處采用高韌性樹脂進(jìn)行界面處理。