[发明专利]浮力补偿型耐撞吸能复合材料多层阵列结构模块

权利要求书

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(5)厚度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。