[发明专利]水下轻质浮力补偿型复合材料实芯耐撞吸能结构单元

说明书

本发明提供了一种水下轻质浮力补偿型复合材料实芯耐撞吸能结构单元，包括纤维缠绕表层和内部浮力芯材，其特征在于：纤维缠绕表层包覆在内部浮力芯材表面，纤维缠绕表层的厚度小于内部浮力芯材尺寸；内部浮力芯材为椭球形，内部浮力芯材的材料包括深海浮力材料；纤维缠绕表层的材料包括纤维树脂基体，采用张力湿法缠绕成型，在常温条件下一次固化成型。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实芯结构应用领域，具体涉及一种水下轻质浮力补偿型复合材料实芯耐撞吸能结构单元。

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。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

针对上述技术问题，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实芯耐撞吸能结构单元，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。

本发明提供了一种水下轻质浮力补偿型复合材料实芯耐撞吸能结构单元，包括纤维缠绕表层和内部浮力芯材，其特征在于：纤维缠绕表层包覆在内部浮力芯材表面，纤维缠绕表层的厚度小于内部浮力芯材直径；

内部浮力芯材为椭球形，内部浮力芯材的材料包括深海浮力材料；

纤维缠绕表层的材料包括纤维树脂基体，采用张力湿法缠绕成型，在常温条件下一次固化成型。

较佳地，纤维缠绕表层完整包覆内部浮力芯材形成实芯耐撞吸能结构单元。

较佳地，纤维缠绕表层所选型的纤维体系包括玻璃纤维和芳纶纤维。

较佳地，树脂基体采用高性能低吸水性树脂，包括聚酯树脂和乙烯基酯树脂，纤维树脂质量比含量范围是0.7~1.2。

较佳地，内部浮力芯材选用材料的密度范围为300 kg/m3~600 kg/m3，静水耐压强度为5MPa~30MPa，动态屈服强度为50~100MPa，线弹性应变范围为0~0.1，塑性段应变范围为0.1~0.6。

较佳地，内部浮力芯材的后续阶段为致密压实段。

较佳地，纤维缠绕表层采用基于结构力学性能和湿法缠绕成型工艺。

较佳地，纤维缠绕表层的缠绕角度范围为15º~ 45º，缠绕厚度与椭球短轴长度比值T/B的范围为0.01~0.06，张力设计范围为5N~30N。

较佳地，内部浮力芯材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。

本发明的有益效果在于：结构简单，纤维缠绕表层胶接包覆于内部芯材表面，纤维缠绕表层和内部浮力芯材一次固化成型为复合材料实芯吸能结构单元。内部芯材选用轻质深海高强度浮力材料并优化设计为椭球形几何型线特征，保证复合材料实芯耐撞吸能结构单元的稳态压缩吸能效率和表层湿法缠绕成型工艺的可实现性。纤维缠绕表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，以达到最佳的工艺成型质量和复合界面性能。纤维缠绕表层采用张力湿法缠绕成型工艺，采用优化缠绕线型和厚度缠绕到内部浮力芯材优化型线表面，以达到最佳的约束承载能力和能量吸收效率。所述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，具有较好的工艺制备特性，保证复合材料实芯耐撞吸能结构单元的完整性。

附图说明

图1为本发明结构三维示意图。