[发明专利]一种复合材料点阵圆柱壳结构及其制作工艺

说明书

本发明公开了一种复合材料点阵圆柱壳结构，包括从内到外的内衬层、内结构层、点阵结构层和外结构层，所述内衬层、内结构层和外结构层均采用树脂基复合材料制成的带状结构，所述点阵结构层包括骨架结构和缠绕结构，所述骨架结构包括薄片层和分隔块，所述薄片层包括上薄片层和下薄片层，所述分隔块等间距的设置在上、下薄片层之间，缠绕结构为采用纤维或织物按螺旋缠绕的方式缠绕在骨架结构外。其刚度高、成本低，并且易于实现。

技术领域

本发明属于树脂材料结构领域，尤其涉及一种复合材料点阵圆柱壳结构及其制作工艺。

背景技术

目前，树脂基复合材料制作的各类圆柱壳结构如管道、储罐等具有轻质高强、耐腐蚀等显著优势，比传统的混凝土材料和金属材料制作的圆柱壳结构拥有更加优异的力学性能，但由于树脂基复合材料自身弹性模量较低，导致其结构刚度偏低，在外荷载的作用下容易产生较大的变形。如常用的树脂基复合管道(玻璃钢管)如果刚度不够将会导致大的径向变形进而出现破坏，导致严重的工程事故发生。如果想提高刚度，常用的方法有两种，一种是单纯的增加壁厚，这样势必会大大增加材料成本；另外一种方法就是采用夹层结构。夹层结构能够在保持经济性的同时提高结构截面惯性矩从而提高结构刚度，复合材料夹层板材结构已经在各行业得到应用，包括航空航天上应用的蜂窝结构也是一种夹层结构。但当前的夹层结构主要应用于板材。

现有夹层结构高度不够高，成本比较高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种复合材料点阵圆柱壳结构及其制作工艺，其刚度高、成本低，并且易于实现。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合材料点阵圆柱壳结构，包括从内到外的内衬层、内结构层、点阵结构层和外结构层，所述内衬层、内结构层和外结构层均采用树脂基复合材料制成，所述点阵结构层包括骨架结构和缠绕结构，所述骨架结构包括薄片层和分隔块，所述薄片层包括上薄片层和下薄片层，所述分隔块等间距的设置在上、下薄片层之间，缠绕结构为采用纤维或织物按螺旋缠绕的方式缠绕在骨架结构外。

在上述技术方案中，所述上、下薄片层为带状或网状结构的薄片层，其材质为金属材料或复合材料或高分子材料。

在上述技术方案中，所述分隔块之间的间距为若干个螺距。

在上述技术方案中，所述分隔块为实心或空心结构，分隔块的宽度不大于薄片层的宽度，分隔块的截面为圆形、多边形、工字型中的一种。

在上述技术方案中，所述分隔块为金属材料、复合材料或高分子材料。

在上述技术方案中，所述外结构层外设有保护层。

一种复合材料点阵圆柱壳结构的制作工艺，包括以下步骤：

1)、在模具上缠绕制作内衬层，然后在内衬层外缠绕制作内结构层；

2)、通过骨架结构制作及拉出系统制作上、下薄片并拉出，在上、下薄片之间均匀的放置分隔块，形成骨架结构；

3)、骨架结构通过点阵结构缠绕系统，分隔块经过纱架底盘上的纤维束的若干次缠绕，在骨架结构外形成缠绕结构，然后进行下一个分隔块的缠绕；

4)、将包含缠绕结构的骨架结构按纤维缠绕的方法缠绕到内结构层的外部形成点阵结构层；

5)、在点阵结构层的表面制作外结构层。

在上述技术方案中，所述外结构层外表面设有保护层。

本发明的有益效果是：复合材料点阵圆柱壳结构与同等刚度等级的采用传统工艺制作的实心管道相比，采用材料更少、质量更轻，具有低成本、高刚度、易于运输施工安装的优势，在满足工程要求的同时具有更好的经济效益，采用本发明制作的储罐结构的刚度、成本也能够得到同等程度的优化；骨架结构的中空部分可以预埋传感器来检测结构受力情况和破坏程度，更为安全可靠。