CN106853708A - 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块 - Google Patents

浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块 Download PDF

Info

Publication number
CN106853708A
CN106853708A CN201611114413.8A CN201611114413A CN106853708A CN 106853708 A CN106853708 A CN 106853708A CN 201611114413 A CN201611114413 A CN 201611114413A CN 106853708 A CN106853708 A CN 106853708A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crashworthiness
buoyancy
top layer
core
absorbing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611114413.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106853708B (zh
Inventor
周晓松
梅志远
张焱冰
陈武
李华东
刘令
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naval University of Engineering PLA
Original Assignee
Naval University of Engineering PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naval University of Engineering PLA filed Critical Naval University of Engineering PLA
Priority to CN201611114413.8A priority Critical patent/CN106853708B/zh
Publication of CN106853708A publication Critical patent/CN106853708A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106853708B publication Critical patent/CN106853708B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B32B15/082—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising vinyl resins; comprising acrylic resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B32B15/09—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin comprising polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/02—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions
    • B32B3/08—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by added members at particular parts
    • B32B3/085—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by added members at particular parts spaced apart pieces on the surface of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0261—Polyamide fibres
    • B32B2262/0269—Aromatic polyamide fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/101—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/56—Damping, energy absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/718—Weight, e.g. weight per square meter

Landscapes

  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一种浮力补偿型混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构，包括表层混杂复合材料层合结构和夹芯层固体浮力芯材。表层混杂复合材料和夹芯层固体浮力材料尺寸基于结构力学性能和耐撞吸能效率进行优化设计，以优化的纤维树脂质量比、混杂铺层方案和铺层优化角度，并在常温条件下一次固化成型为混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构。本发明在满足水下防护结构耐撞吸能要求的同时，还能为结构平台提供一定的储备浮力，解决了水下结构耐撞防护性能要求和结构平台设计重量限制的矛盾问题。

Description

浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块
技术领域
本发明涉及纤维增强树脂基复合材料夹芯结构应用领域，具体涉及一种浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块。
背景技术
复合材料具有比强度高、比刚度大、比吸能强以及可设计性好等优点，在结构防护工程领域已得到日益广泛的关注。然而，在一些特殊或者极端的使用环境中，不仅需要防护结构具有优异的吸能特性，而且要具有较好的环境适应性及其它特殊性能。例如，水下结构平台非耐压舷间耐撞防护结构的设计，不仅对防护结构的耐撞防护性能提出了较高要求，而且需要防护结构为水下结构平台提供一定的储备浮力。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，包括交替叠加布置的混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）；所述混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）由混杂表层（3）和浮力夹芯层（4）组成，所述纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）由包含纤维增强复合材料层的纤维缠绕表层（5）和内部浮力芯材（6）组成。
可选的，所述混杂表层（3）为金属层与纤维增强复合材料层交替叠加形成的混杂复合材料层合板结构，所述金属层选用耐海水腐蚀性较好的铝合金型号形成铝合金层，并基于结构力学性能和耐撞吸能效率进行厚度尺寸优化；所述混杂表层（3）采用基于结构力学性能和耐撞吸能效率的优化方案，铝合金层与的纤维增强复合材料层厚度比范围为0.2~0.5，纤维铺层角度范围为±30度~±60度。
可选的，所述浮力夹芯层（4）位于两个混杂表层（3）中间且厚度大于上下混杂表层（3）厚度之和；所述缠绕表层（5）完整包覆在内部浮力芯材（6）表面，所述内部浮力芯材（6）具有椭球形几何型线特征。
可选的，所述混杂表层（3）和纤维缠绕表层（5）中的纤维增强复合材料层选用海洋环境适应型纤维树脂体系，并基于不同工艺成型方式和耐撞吸能效率进行纤维树脂质量比、铺层角度和铺层厚度的优化。
可选的，所述混杂表层（3）和纤维缠绕表层（5）中的纤维增强复合材料层选用玻璃纤维或芳纶纤维作为增强纤维，采用聚酯树脂、乙烯基酯树脂作为树脂基体，纤维树脂质量比在0.7~1.2含量范围内。
可选的，所述浮力夹芯层（4）和内部浮力芯材（6）选用轻质高强度深海固体浮力材料，密度范围在300kg/m3~600kg/m3，静水耐压强度为5MPa~30MPa，动态屈服强度为50~100MPa，且具有典型的弹塑性本构特征关系，线弹性应变范围为0~0.1，塑性段应变范围为0.1~0.6，最后阶段为致密压实段。
可选的，所述浮力夹芯层（4）和内部浮力芯材（6）选用深海轻质高强度固体浮力材料并基于浮力补偿效率和耐撞吸能效率进行厚度和几何型线优化。
可选的，所述混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能单元（2）分别采用RTM真空成型工艺和湿法缠绕成型工艺，在常温条件下一次固化成型，形成完整的水下轻质浮力补偿型混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）和复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）。
可选的，所述纤维缠绕表层（5）采用基于结构力学性能和湿法缠绕成型工艺可实现的缠绕线型优化方案，缠绕角度范围为15度~ 45度，张力设计5N~30N，所述内部浮力芯材（6）采用基于结构力学性能和纤维缠绕表层（5）匹配特性优化设计得到的椭球形几何型线特征，单元高度与上下端面直径比值H/2E的范围为1.2~2.1，椭球型线长轴与短轴比值A/B范围为1.6~1.0，纤维缠绕表层厚度（5）与椭球型内部浮力芯材（6）短轴长度比值T/B的范围为0.01~0.06。
可选的，混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）厚度与相邻纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）中心轴间距的比值范围为0.15~0.30；相邻纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）中心轴距离与结构单元短轴长度的比值范围为1.5~3.0。
本发明的浮力补偿型混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构，包括表层混杂复合材料层合结构和夹芯层固体浮力芯材。表层混杂复合材料和夹芯层固体浮力材料尺寸基于结构力学性能和耐撞吸能效率进行优化设计，以优化的纤维树脂质量比、混杂铺层方案和铺层优化角度，并在常温条件下一次固化成型为混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构。本发明在满足水下防护结构耐撞吸能要求的同时，还能为结构平台提供一定的储备浮力，解决了水下结构耐撞防护性能要求和结构平台设计重量限制的矛盾问题。
附图说明
图1是本发明一实施例所述浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块的结构示意图；
图2是本发明一实施例所述为浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块中的混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构示意图；
图3是本发明一实施例所述为浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块中的纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出并设计了一种新型的水下轻质浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，不仅满足了水下结构平台耐撞防护结构的功能性要求，而且能够为水下结构平台提供一定的储备浮力。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，如图1所示，包括混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元2。如图2所示，混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1由混杂表层3和浮力夹芯层4组成；如图3所示，纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元2由纤维缠绕表层5和内部浮力芯材6组成。
混杂表层3为金属层与纤维增强复合材料层交替叠加形成的混杂复合材料层合板结构，所述浮力夹芯层4位于两个混杂表层3中间且厚度远大于上下混杂表层3厚度。所述纤维缠绕表层5完整包覆在内部芯材6表面，所述纤维缠绕表层5厚度远小于内部浮力芯材6尺寸，所述内部浮力芯材6具有椭球形几何型线特征。
所述混杂表层3中的金属层选用耐海水腐蚀性较好的铝合金型号并基于结构力学性能和耐撞吸能效率进行厚度尺寸优化。缠绕表层5和混杂表层3中的纤维增强复合材料层选用海洋环境适应型纤维树脂体系并基于不同工艺成型方式和耐撞吸能效率进行纤维树脂质量比、铺层角度和铺层厚度的优化；所述浮力夹芯层4和内部浮力芯材6选用深海轻质高强度固体浮力材料并基于浮力补偿效率和耐撞吸能效率进行厚度和几何型线优化。
混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能单元2分别采用RTM真空成型工艺和湿法缠绕成型工艺，在常温条件下一次固化成型，形成完整的水下轻质浮力补偿型混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1和复合材料实芯耐撞吸能结构单元2。在混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元2设计的基础上，基于整体模块的力学性能和能量吸收效率进行布置方案优化设计后组成复合材料多层阵列耐撞防护结构模块。
上述技术方案中，所述混杂表层3采用交替叠加设计并与浮力夹芯层4胶接复合形成混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构，采用RTM真空成型工艺在常温条件下一体固化成型，确保混杂表层3和浮力夹芯层4间的复合界面性能完好以及夹芯板结构的整体性。
上述技术方案中，所述混杂表层3中所选型的铝合金型号，以及纤维树脂体系，包括玻璃增强纤维和乙烯基酯树脂基体，均具有良好的综合力学性能和耐海水腐蚀特性，且复合固化成型后纤维树脂界面性能良好，纤维树脂质量比经过优化配比达到最优。所述浮力夹芯层4选用中空玻璃微珠填充乙烯基酯系列的固体浮力材料，力学性能以及与混杂表层3中的纤维增强复合材料层的兼容匹配性较好，进一步增强了混杂表层3和浮力夹芯层4间的复合界面性能。
上述技术方案中，所述混杂表层3和浮力夹芯层4采用基于结构力学性能和耐撞吸能效率的优化方案，包括混杂表层和夹芯层厚度，纤维复合材料层铺层角度、层数和单层铝合金厚度。
上述技术方案中，所述缠绕表层5采用湿法缠绕方式完整包覆在内部芯材6表面形成实芯耐撞吸能结构单元，在常温条件下一体固化成型确保了实芯耐撞吸能结构单元的整体性。所述缠绕表层5与内部芯材6之间的复合界面为胶接连接，湿法缠绕加张力设计和一体固化成型工艺确保缠绕表层5和内部芯材6间的复合界面性能完好。
上述技术方案中，所述纤维缠绕表层5选型的纤维树脂体系，包括玻璃纤维和乙烯基酯树脂基体，均具有良好的力学性能和耐海水腐蚀特性，且复合固化成型后纤维树脂界面性能良好，纤维树脂质量比经过优化配比达到最优。所述内部浮力芯材6选用中空玻璃微珠填充乙烯基酯系列的固体浮力材料，力学性能以及与纤维缠绕表层5的兼容匹配性较好，进一步增强了纤维缠绕表层5和内部浮力芯材6间的复合界面性能。
上述技术方案中，所述纤维缠绕表层5采用基于结构力学性能和湿法缠绕成型工艺可实现的缠绕线型优化方案，包括缠绕角度、缠绕厚度和缠绕张力。所述内部浮力芯材6采用基于结构力学性能和纤维缠绕表层5的匹配特性优化设计得到的椭球形几何型线特征。
上述技术方案中，在混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元2设计的基础上，基于整体模块的力学性能和能量吸收效率进行布置方案优化设计后组成复合材料多层阵列耐撞防护结构模块。
在一具体实施例中，混杂表层3选用的铝合金为船用5052型号，纤维增强复合材料层的纤维树脂体系分别为南京玻璃纤维研究院生产的SW220型号的S-玻璃纤维和南京金陵帝斯曼公司生产的430LV环氧改性的乙烯基酯树脂，浮力夹芯层4为湖北咸宁海威复合材料有限公司生产的HW50型轻质深海固体浮力材料。制作前先对铝合金表面进行化学清洗-磷酸阳极氧化处理。混杂表层3为三层铝合金板和三层玻璃纤维增强乙烯基酯树脂层交替叠加的混杂层合结构，在经过预处理的铝合金薄板表面刷一层偶联剂KH550，然后按叠层次序和±45°铺层角度铺设正交玻璃纤维布，下表层铺设完成后放置浮力夹芯层4固体浮力材料，上表层铺设完成后采用RTM真空成型工艺，灌注乙烯基酯树脂基体抽真空成型，在室温下自然固化24小时。最终固化成型后的混杂表层3的纤维树脂质量比约为1:1，混杂表层3中的铝合金层和纤维增强复合材料层的厚度比值为1:2，混杂表层3和浮力夹芯层4的厚度比值为1:6。缠绕表层5的纤维树脂体系分别为泰山玻璃纤维公司生产的T910型号的E-玻璃纤维和南京金陵帝斯曼公司生产的430LV环氧改性的乙烯基酯树脂，内部浮力芯材6为湖北咸宁海威复合材料有限公司生产的HW50型轻质深海固体浮力材料。制作前先在数控车床上加工出内部芯材的椭球形几何线型，单元高度与上下端面直径比值H/2E为2.1，椭球型线长轴与短轴比值A/B为1.6，缠绕厚度与椭球短轴长度比值T/B为0.013。在缠绕成型前需要进行树脂材料的配制，乙烯基酯树脂、过氧化甲乙酮固化剂和环烷酸钴促进剂的质量配比为100:2:1，常温固化时间为4小时。纤维缠绕表层5采用螺旋缠绕线型，缠绕层数为一层，缠绕角度为25度，最终固化成型后的表层复合材料1的纤维树脂质量比约为1:1，缠绕层总厚度T为1mm。缠绕完成后的样品在常温环境下经过4小时即可完全固化成型。混杂复合材料耐撞吸能夹芯板1和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元2制作完成后，按照布置优化设计方案用铝合金螺钉进行装配连接并作水密处理，形成复合材料多层阵列耐撞防护结构模块。
本发明结构简单，耐撞吸能结构模块由混杂复合材料耐撞吸能夹芯板和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元两部分组成，夹芯板表层为铝合金层与纤维增强复合材料层交替叠加胶接形成的混杂层合板结构，混杂表层中的铝合金层选用海洋环境适应性和综合力学性能好的铝合金型号，采用RTM真空成型工艺，混杂表层与浮力夹芯层一次固化成型，确保混杂复合材料耐撞吸能夹芯板结构具有较好的耐海水腐蚀性能和耐撞吸能效率。纤维缠绕表层和混杂表层中的纤维增强复合材料层选用海洋环境适应型纤维和树脂体系并优化纤维树脂质量比、铺层角度和铺层总厚度，以达到最佳的工艺成型质量和耐撞吸能效率。浮力夹芯层和内部浮力芯材选用轻质深海高强度固体浮力材料并优化设计厚度尺寸和几何型线，保证夹芯板结构和耐撞吸能结构单元具有良好的力学性能和耐撞吸能效率。纤维缠绕表层采用张力湿法缠绕成型工艺，将优化后的缠绕线型均匀地缠绕到内部芯材表面，纤维缠绕表层和内部浮力芯材在常温条件下一次固化成型，形成完整的水下轻质浮力补偿型复合材料实芯耐撞吸能结构单元。在混杂复合材料耐撞吸能夹芯板和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元设计的基础上，基于整体模块的力学性能和能量吸收效率进行布置方案优化设计并进行装配连接设计，确保复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块的整体力学性能。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，包括交替叠加布置的混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）；所述混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）由混杂表层（3）和浮力夹芯层（4）组成，所述纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）由包含纤维增强复合材料层的纤维缠绕表层（5）和内部浮力芯材（6）组成。
2.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述混杂表层（3）为金属层与纤维增强复合材料层交替叠加形成的混杂复合材料层合板结构，所述金属层选用耐海水腐蚀性较好的铝合金型号形成铝合金层，并基于结构力学性能和耐撞吸能效率进行厚度尺寸优化；所述混杂表层（3）采用基于结构力学性能和耐撞吸能效率的优化方案，铝合金层与的纤维增强复合材料层厚度比范围为0.2~0.5，纤维铺层角度范围为±30度~±60度。
3.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述浮力夹芯层（4）位于两个混杂表层（3）中间且厚度大于上下混杂表层（3）厚度之和；所述缠绕表层（5）完整包覆在内部浮力芯材（6）表面，所述内部浮力芯材（6）具有椭球形几何型线特征。
4.如权利要求2所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述混杂表层（3）和纤维缠绕表层（5）中的纤维增强复合材料层选用海洋环境适应型纤维树脂体系，并基于不同工艺成型方式和耐撞吸能效率进行纤维树脂质量比、铺层角度和铺层厚度的优化。
5.如权利要求4所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述混杂表层（3）和纤维缠绕表层（5）中的纤维增强复合材料层选用玻璃纤维或芳纶纤维作为增强纤维，采用聚酯树脂、乙烯基酯树脂作为树脂基体，纤维树脂质量比在0.7~1.2含量范围内。
6.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述浮力夹芯层（4）和内部浮力芯材（6）选用轻质高强度深海固体浮力材料，密度范围在300kg/m3~600kg/m3，静水耐压强度为5MPa~30MPa，动态屈服强度为50~100MPa，且具有典型的弹塑性本构特征关系，线弹性应变范围为0~0.1，塑性段应变范围为0.1~0.6，最后阶段为致密压实段。
7.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述浮力夹芯层（4）和内部浮力芯材（6）选用深海轻质高强度固体浮力材料并基于浮力补偿效率和耐撞吸能效率进行厚度和几何型线优化。
8.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）和纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能单元（2）分别采用RTM真空成型工艺和湿法缠绕成型工艺，在常温条件下一次固化成型，形成完整的水下轻质浮力补偿型混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）和复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）。
9.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，所述纤维缠绕表层（5）采用基于结构力学性能和湿法缠绕成型工艺可实现的缠绕线型优化方案，缠绕角度范围为15度~ 45度，张力设计5N~30N，所述内部浮力芯材（6）采用基于结构力学性能和纤维缠绕表层（5）匹配特性优化设计得到的椭球形几何型线特征，单元高度与上下端面直径比值H/2E的范围为1.2~2.1，椭球型线长轴与短轴比值A/B范围为1.6~1.0，纤维缠绕表层厚度（5）与椭球型内部浮力芯材（6）短轴长度比值T/B的范围为0.01~0.06。
10.如权利要求1所述的浮力补偿型复合材料多层阵列耐撞吸能结构模块，其特征在于，混杂复合材料耐撞吸能夹芯板（1）厚度与相邻纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）中心轴间距的比值范围为0.15~0.30；相邻纤维缠绕复合材料实芯耐撞吸能结构单元（2）中心轴距离与结构单元短轴长度的比值范围为1.5~3.0。
CN201611114413.8A 2016-12-07 2016-12-07 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块 Expired - Fee Related CN106853708B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611114413.8A CN106853708B (zh) 2016-12-07 2016-12-07 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611114413.8A CN106853708B (zh) 2016-12-07 2016-12-07 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106853708A true CN106853708A (zh) 2017-06-16
CN106853708B CN106853708B (zh) 2018-11-13

Family

ID=59125580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611114413.8A Expired - Fee Related CN106853708B (zh) 2016-12-07 2016-12-07 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106853708B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109795611A (zh) * 2019-02-20 2019-05-24 中国人民解放军海军工程大学 一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构
CN110497865A (zh) * 2019-09-03 2019-11-26 中航天元防务技术（北京）有限公司 一种模块化缓冲吸能***
CN110773740A (zh) * 2019-11-18 2020-02-11 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种新型轻质吸能减振仿微结构及其制备方法
CN111619170A (zh) * 2020-06-23 2020-09-04 华侨大学 一种用于客车防护结构的三明治结构
CN111691469A (zh) * 2020-04-20 2020-09-22 浙江大学 一种展开式水下防护结构及部署和检测方法
CN112013718A (zh) * 2020-07-14 2020-12-01 清华大学苏州汽车研究院（相城） 一种耦合仿生抗爆吸能板及人体防护装置或汽车部件

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05222711A (ja) * 1992-02-10 1993-08-31 Unyusho Daisan Kowan Kensetsu Kyokucho 浮体式緩衝装置及び浮遊式枠体の組立て方法
EP0679133A1 (en) * 1993-01-15 1995-11-02 Minnesota Mining And Manufacturing Company Antifouling/anticorrosive composite marine structure
KR100641975B1 (ko) * 2006-05-23 2006-11-02 주식회사 국민씨아이 섬유강화 복합소재 팬더 패널을 구비한 안벽 구조물의방충구조물
CN101758807A (zh) * 2008-11-25 2010-06-30 武汉福来商贸有限公司 可拆卸式车船用弹性阻力防撞板
DE102010053907A1 (de) * 2010-12-09 2012-06-14 Gerhard Meissner Starre stoßfeste Fendertafel und Fender mit einer solchen Fendertafel
CN104018466A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 江苏博泓新材料科技有限公司 斜面桥墩防撞装置
CN104120648A (zh) * 2014-08-04 2014-10-29 大连理工大学 集点型缠裹式桥墩防撞装置
CN105109641A (zh) * 2015-09-08 2015-12-02 福建鸿业船艇有限公司 一种玻璃钢渔船

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05222711A (ja) * 1992-02-10 1993-08-31 Unyusho Daisan Kowan Kensetsu Kyokucho 浮体式緩衝装置及び浮遊式枠体の組立て方法
EP0679133A1 (en) * 1993-01-15 1995-11-02 Minnesota Mining And Manufacturing Company Antifouling/anticorrosive composite marine structure
KR100641975B1 (ko) * 2006-05-23 2006-11-02 주식회사 국민씨아이 섬유강화 복합소재 팬더 패널을 구비한 안벽 구조물의방충구조물
CN101758807A (zh) * 2008-11-25 2010-06-30 武汉福来商贸有限公司 可拆卸式车船用弹性阻力防撞板
DE102010053907A1 (de) * 2010-12-09 2012-06-14 Gerhard Meissner Starre stoßfeste Fendertafel und Fender mit einer solchen Fendertafel
CN104018466A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 江苏博泓新材料科技有限公司 斜面桥墩防撞装置
CN104120648A (zh) * 2014-08-04 2014-10-29 大连理工大学 集点型缠裹式桥墩防撞装置
CN105109641A (zh) * 2015-09-08 2015-12-02 福建鸿业船艇有限公司 一种玻璃钢渔船

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JACK REANY: "corrugated skin in a foam core sandwich panel", 《COMPOSITE STRUCTURES》 *
L.L. YAN: "compressive strength and energy absorption of sandwich panels with aluminum foam-filled corrugated cores", 《COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109795611A (zh) * 2019-02-20 2019-05-24 中国人民解放军海军工程大学 一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构
CN109795611B (zh) * 2019-02-20 2021-04-16 中国人民解放军海军工程大学 一种水下航行器轻质高刚度型复合材料耐压壳体结构加工方法
CN110497865A (zh) * 2019-09-03 2019-11-26 中航天元防务技术（北京）有限公司 一种模块化缓冲吸能***
CN110773740A (zh) * 2019-11-18 2020-02-11 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种新型轻质吸能减振仿微结构及其制备方法
CN111691469A (zh) * 2020-04-20 2020-09-22 浙江大学 一种展开式水下防护结构及部署和检测方法
CN111691469B (zh) * 2020-04-20 2021-11-23 浙江大学 一种展开式水下防护结构及部署和检测方法
CN111619170A (zh) * 2020-06-23 2020-09-04 华侨大学 一种用于客车防护结构的三明治结构
CN112013718A (zh) * 2020-07-14 2020-12-01 清华大学苏州汽车研究院（相城） 一种耦合仿生抗爆吸能板及人体防护装置或汽车部件

Also Published As

Publication number Publication date
CN106853708B (zh) 2018-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106853708B (zh) 浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块
CN101705922B (zh) 大型复合材料风电叶片及其制备方法
CN102848622B (zh) 一种具有pmi泡沫芯材的夹芯材料及其制备方法
Suh Axiomatic design and fabrication of composite structures: applications in robots, machine tools, and automobiles
CN101067343B (zh) 格构增强型复合材料夹层结构
CN201052677Y (zh) 格构增强型复合材料夹层结构
CN104743087B (zh) 一种船舶用三维编织复合材料螺旋桨叶片及其制备方法
CN104669725B (zh) 一种混杂纤维多维复合防弹胸插板及其制备方法
CN102658681A (zh) 三维正交机织物增强热固性树脂蜂窝夹层复合材料及制备
CN1280573C (zh) 纤维缠绕复合材料压力容器及其制造方法
CN109941408B (zh) 一种碳纤维复合材料深潜耐压舱及其制备方法
CN108189991A (zh) 一种纤维复合材料的船用螺旋桨及其制造方法
CN106584883B (zh) 水下轻质浮力补偿型复合材料实芯耐撞吸能结构单元
CN114103284A (zh) 一种耐压抗振复合材料界面增强管状多胞结构及其制备方法
CN104071313B (zh) 可弹性弯曲的抗冲吸能覆盖层
US20220227098A1 (en) Bionic nested structure fiber composite material and preparation method thereof
CN2649929Y (zh) 一种纤维缠绕复合材料压力容器
CN113736216B (zh) 一种多栖器材用轻质复合板及其制备方法
CN216860863U (zh) 一种固化蜂窝多层材料
CN201371609Y (zh) 高阻燃双芯材承力复合板
CN101422973A (zh) 具有双稳定构型的混杂复合材料层板
CN102794795A (zh) 一种含竹材过渡层的复合材料夹层结构
CN105863960B (zh) 一种垂直轴复合材料风电叶片及其制备方法
CN103482019A (zh) 复合材料上层建筑与钢质船体的连接结构
CN103625040A (zh) 具有纤维界面增韧的复合材料-金属材料层合结构及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181113

Termination date: 20211207