[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

说明书

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。

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）。