[发明专利]一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构及其设计方法

权利要求书

1.一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构，其特征在于，所述柔性鼓包由弹性胶膜和纤维帘子布复合而成，其初始形状与可变粒子分离器中心体的基础型面相一致，且在变形最大时达到可变粒子分离器中心体的最高型面；

所述弹性胶膜由橡胶加工而成，用于根据可变离子分离器中心体的设计要求，产生所需要的变形，并维持柔性鼓包的表面形状；

所述纤维帘子布作为增强材料，呈多层叠交铺设，并嵌入弹性胶膜的内部，用于提高柔性鼓包的刚度，使柔性鼓包能够承受其表面的气动载荷，满足气动需要；

所述纤维帘子布的铺层数为偶数，且纤维帘子布之间呈一定角度叠交，其叠交角度满足：第一层帘子布与第二层帘子布为对称角度，第三层帘子布与第四层帘子布为对称角度，并以此类推。

2.根据权利要求1所述的一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构，其特征在于，所述弹性胶膜由天然橡胶加工而成。

3.根据权利要求1所述的一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构，其特征在于，所述弹性胶膜包括分别覆于纤维帘子布外侧及内侧的外胶层和内胶层。

4.根据权利要求1所述的一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构，其特征在于，所述纤维帘子布由聚酯纤维或尼龙纤维制成，其伸长量最大可到20％。

5.根据权利要求1所述的一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构，其特征在于，所述柔性鼓包为偏心设计，即型面不对称。

6.根据权利要求1所述的一种用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构，其特征在于，所述基础型面到最高型面增高10％，且高度误差在5％以内。

7.一种基于权利要求1-6任一所述用于可变粒子分离器中心体的柔性鼓包结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定可变粒子分离器中心体鼓包型面

根据可变粒子分离器中心体的鼓包设计要求，以及进气道喉道面积的变化需求和排砂效率，对可变粒子分离器中心体的鼓包型面进行气动设计，得到主要两个型面，分别为基础型面和最高型面；

2)确定可变粒子分离器中心体的结构形式和材料

所述可变粒子分离器中心体包括柔性鼓包和金属骨架，且柔性鼓包由弹性胶膜和纤维帘子布复合而成；所述金属骨架上开有充气孔，用于对柔性鼓包施加内部的气压载荷，实现柔性鼓包的可变形；

所述弹性胶膜由橡胶加工而成，包括外胶层和内胶层，根据使用环境选择适应外部环境因素的橡胶材料；

所述纤维帘子布选择高弹性模量、高变形率的材料，包括尼龙纤维或聚酯纤维，将纤维织物制成浸胶帘子布；

3)确定纤维帘子布的铺设方式

初步完成柔性鼓包的结构设计和材料布置后，采用Abaqus有限元分析软件对柔性鼓包进行变形分析；

首先，基于鼓包型面的初始状态建立有限元模型，在模型中对基体材料和由高弹纤维制成的纤维帘子布以不同的铺设角度和铺设层数进行仿真；

考虑到内部施加的气压载荷对柔性鼓包的变形作用，采用非线性算法计算柔性鼓包从基础型面变形到最高型面过程中的位移、应力、应变，以确保柔性鼓包在变形过程中不发生破坏以及柔性鼓包在变形过程中不出现局部异常变形；

如果计算结果显示变形型面无法达到理想形状，说明纤维帘子布的铺设角度和层数不足，改变角度或层数后再重新进行有限元模型仿真；

经过多次局部调整计算仿真之后，确定纤维帘子布的铺设角度和层数、弹性胶膜的厚度，形成柔性鼓包的设计方案。