[發明專利]一種夾層復合材料耐壓殼體端部連接結構及其制造方法

有效

• 申請號: 202111157368.5
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113815767B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 李華東;武大江;胡浩中;梅志遠;秦慧;陳國濤;張建設
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學;武漢海威船舶與海洋工程科技有限公司
• 主分類號: B63B3/13
• 分類號: 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

本發明涉及一種夾層復合材料耐壓殼體端部連接結構，包括設置于復合材料內表層端部的復合材料內凸緣、設置于復合材料外表層端部的復合材料外凸緣、安裝于復合材料內外凸緣之間的分體式嵌入圓環、設置于連接結構端部的過渡法蘭、設置于分體式嵌入圓環與內部填充芯材連接處的復合材料補強環；復合材料內外凸緣在復合材料內外表層原有纖維的基礎上通過分層增加環向嵌入層、分步纏繞、與復合材料內外表層一體成型；過渡法蘭與分體式嵌入圓環固定連接，同時可與外部結構連接；復合材料補強環降低連接結構局部處的應力集中水平，并緊固分體式嵌入環。本發明在保證復合材料耐壓殼體內外表層纖維連續的情況下，有效實現與其他結構水密可拆卸連接。

技術領域

本發明涉及水下航行器技術領域，具體涉及一種水下航行器夾層復合材料耐壓殼體的端部連接結構及其制造方法。

背景技術

為減輕水下航行器結構重量，提升其耐壓結構的浮力系數，復合材料耐壓殼體應用需求越來越迫切，其中夾層復合材料耐壓殼體具有輕質、高剛度、可實現承載與功能一體化等優點，在實際工程中應用越來越廣泛。為實現復合材料耐壓殼體結構與端部球冠或其他艙段的水密可拆卸連接，常需要在夾層復合材料耐壓殼體端部設置與金屬結構件之間的連接結構。

目前，現有夾層復合材料耐壓殼體端部與金屬構件之間的連接，常采用“金屬法蘭+螺栓”的機械連接方式，一方面需要在復合材料結構上制孔，導致此處復合材料的纖維切斷，產生應力集中點和結構強度上的薄弱點，影響結構的安全性和可靠性；另一方面，對厚度較大、尤其是芯材較厚的夾層復合材料耐壓殼體，螺栓需穿透的厚度大，施工工藝難度高，連接質量難以保證。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足，提供一種夾層復合材料耐壓殼體端部連接結構及其制造方法，該結構在夾層復合材料耐壓殼體的內外表層端部分別制造纖維連續的復合材料凸緣，進而通過分體式嵌入圓環和端部過渡法蘭實現復合材料耐壓殼與外部結構的連接，從而在保證復合材料耐壓殼體內外表層纖維連續的情況下，有效實現復合材料耐壓殼體結構與球冠及其他艙段的水密可拆卸連接。

本發明為解決上述提出的技術問題所采用的技術方案為：

一種夾層復合材料耐壓殼體端部連接結構，所述夾層復合材料耐壓殼體包括復合材料內表層、復合材料外表層以及填充于所述復合材料內表層與復合材料外表層之間的內部填充芯材，所述端部連接結構包括設置于所述復合材料內表層端部的復合材料內凸緣、設置于所述復合材料外表層端部的復合材料外凸緣、安裝于所述復合材料內凸緣與復合材料外凸緣之間的分體式嵌入圓環、設置于連接結構端部的過渡法蘭、設置于所述分體式嵌入圓環與內部填充芯材連接處的復合材料補強環；所述復合材料內凸緣在復合材料內表層原有纖維的基礎上通過分層增加環向嵌入層、分步纏繞、與復合材料內表層一體成型；所述復合材料外凸緣在復合材料外表層原有纖維的基礎上通過分層增加環向嵌入層、分步纏繞、與復合材料外表層一體成型；所述過渡法蘭的裝配面與內部分體式嵌入圓環相匹配，過渡法蘭與分體式嵌入圓環固定連接，同時過渡法蘭用于與外部結構連接；所述復合材料補強環用于降低連接結構局部處的應力集中水平，并起到緊固分體式嵌入環的作用。

上述方案中，所述復合材料內凸緣與復合材料外凸緣在制造時，環向嵌入層與原有纖維層交替成型，采用纏繞工藝時，環向嵌入層采用90°環向纖維大張力纏繞成型。

上述方案中，所述分體式嵌入圓環的軸截面總體為梯形，靠近耐壓殼體內部一側為大端，靠近端部一側為小端，分體式嵌入圓環內外表面的坡度根據復合材料內凸緣與復合材料外凸緣具體纏繞角度進行設計，保證纖維纏繞過程中無“架空”現象。

上述方案中，所述分體式嵌入圓環由多個圓弧形圓環分離體通過圓弧形連接嵌塊拼接組裝而成；所述圓環分離體的環向端部均設置有連接用凹槽，所述凹槽底部設置有連接用螺紋盲孔，凹槽側面設置有拔模斜度；所述連接嵌塊的尺寸和拔模斜度與所述凹槽相匹配，連接嵌塊通過螺釘與凹槽底部的螺紋盲孔固定連接。