CN106197171A - 一种附着层增强网格加肋筒壳结构 - Google Patents
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Abstract
一种附着层增强网格加肋筒壳结构，是在加肋结构的肋板表面增加软材料附着层，加肋形式包括但不限于矩形、六边形或三角形形式。所述软附着层是指密度小于肋板的软材料，且软层高度与肋板相同。本发明通过提高肋板截面抗弯刚度，从而有效增加网格加肋筒壳结构轴压极限承载力，甚至在此基础上实现结构轻量化；所述网格加肋形式包括但不限于：矩形网格、六边形网格以及三角形网格。所述网格加肋的网格尺寸、肋板宽度、肋板高度以及附着软层宽度可根据结构尺寸、结构重量和承载力等工程指标由解析分析或数值优化方法确定。本发明加工工艺简单，方便现有制造工艺修改，适合大规模量产。
Description
技术领域
本发明属于导弹结构主承力构件制造技术领域，涉及网格加肋筒壳结构的轴压极限承载力及结构轻量化，特别涉及一种附着层增强网格加肋筒壳结构，本发明可有效增加网格加肋筒壳结构轴压极限承载力，甚至在此基础上实现结构轻量化。
背景技术
弹道导弹，尤其是重型洲际弹道导弹是国家的重要国防手段，更是战略核力量的重要组成部分。随着导弹有效射程要求的不断提升，其弹体结构直径逐代增加，对弹体结构形式的要求也越来越高。通过合理设计弹体结构形式，从而在提升弹道导弹有效射程的同时使导弹结构轻量化，进而降低单发成本，具有重要的国防实际意义。
筒壳结构是导弹主体结构的主承力构件，占有导弹总质量相当比重，因此对筒壳结构的轻量化设计可为弹道导弹的总体减重带来极大收益。在以往的小型弹道导弹中，其主体舱段中的筒壳结构是由金属壁板滚弯焊接而成的薄壁光筒壳。然而针对该结构进行理论计算或其理想模型的数值仿真得到的轴压临界失稳载荷均高于实际实验结果，这是由于光筒壳结构的抗缺陷能力极差，从而制造、装配以及运输所带来的各种结构缺陷及材料损伤会使其极限承载力显著下降，并且其下降程度随着筒壳直径的增加而愈发严重。因此新一代弹道导弹弹体结构舱段的筒壳段壁板大多设计成不同形式的网格加肋结构，以提高筒壳结构对缺陷和损伤的抵抗能力，进而在结构质量小幅增加的代价下有效提高其轴压极限承载力。
综上，增强网格加肋对筒壳结构极限承载力的提升效率，从而高效提升弹道导弹主体舱段主承力结构的承载极限，甚至在此基础上实现结构的轻量化，则对运弹道导弹有效打击范围有明显的军事价值。研究表明，网格加肋对筒壳结构极限承载力的提升效率与肋板的截面抗弯刚度直接相关：肋板的截面抗弯刚度越大，其对应的网格加肋筒壳极限轴压承载力越高。如何在传统网格加肋筒壳结构的基础上，设计既轻质且具有大抗弯刚度的肋板则是问题的关键。自然蜂窝材料通过丰富材料的结构复杂性，即在蜂窝表面附着软层来增强其力学性能的方法，为提高网格加肋筒壳结构极限承载能力提供了一种思路：随着蜂窝材料的成熟，新生蜂窝材料的孔壁上会逐渐覆盖一层蛹丝，蜂窝材料由单层结构逐渐变为有软层附着的多层结构，使得成熟蜂窝材料比新生蜂窝材料拥有着更大的强度和柔韧性。类比孔壁上有软附着层的多层级蜂窝材料，本发明通过将传统网格加肋筒壳结构中的单层金属肋板改进为表面两侧粘贴软材料附着层的多层金属肋板，从而在不增加结构质量的情况下增大肋板截面抗弯刚度，进而获得轻量化、高性能的新型附着层增强网格加肋筒壳结构。
发明内容
本发明为了提高弹道导弹主体结构筒壳类承力构件的轴压极限承载力，同时使结构轻量化，提出一种新型附着层增强网格加肋筒壳结构。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：
一种新型附着层增强网格加肋筒壳结构，在传统网格加肋结构的单一肋板表面增加软材料附着层，从而提高肋板截面抗弯刚度。所述软材料附着层密度小于肋板材料，且软材料附着层高度与肋板相同。
所述网格加肋的网格尺寸、肋板宽度、肋板高度以及附着软层宽度可根据结构尺寸、结构重量和承载力等工程指标由解析分析或数值优化方法确定。
所述附着软层材料可由工程材料手册结合理论分析进行合理选择，例如金属泡沫、塑料泡沫以及木材等轻质多孔结构。
所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，其网格加肋形式包括但不限于：矩形网格、六边形网格以及三角形网格。
其中，所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，不限于只在肋板表面增加软材料附着层，可根据工程需求在蒙皮内表面与肋板同时增加软材料附着层。
本发明通过在传统网格加肋筒壳结构的单一肋板表面增加软材料附着层，从而提升复合肋板抗弯刚度，在质量相等的条件下，新型附着层增强网格加肋筒壳轴压极限承载力显著高于传统网格加肋筒壳。在同载荷要求下，可令采用附着层增强网格加肋筒壳结构的弹道导弹有效减重。
附图说明
图1为本发明(矩形加肋)对比传统矩形加肋筒壳承载力示意图。
图2为本发明附着层增强网格加肋筒壳结构实例(矩形加肋)示意图。
图3为本发明附着层增强网格加肋筒壳结构实例(矩形加肋)局部放大示意图。
图4为本发明附着层增强网格加肋筒壳结构(六边形加肋)局部放大示意图。
图5为本发明附着层增强网格加肋筒壳结构(三角形加肋)局部放大示意图。
图中：1矩形网格加肋；2矩形网格软材料附着层；3蒙皮；4六边形网格加肋；5六边形网格附着软层；6三角形网格加肋；7三角形网格附着软层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1-3所示，本发明是一种新型附着层增强网格加肋筒壳结构，在传统网格加肋结构的单一肋板1表面增加软材料附着层2，从而提高符合肋板截面抗弯刚度。所述软材料附着层2密度小于肋板1材料，且软材料附着层2高度与肋板1相同。
其中，所述网格加肋1的网格尺寸、肋板宽度、肋板高度以及附着软层2宽度可根据结构尺寸、结构重量和承载力等工程指标由解析分析或数值优化方法确定。
其中，所述附着层软材料是指例如金属泡沫(铝泡沫)、塑料泡沫(PMI)以及木材等轻质多孔结构，具体可由工程材料手册结合理论分析进行合理选择。
其中，所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，其网格加肋形式包括但不限于：矩形网格、六边形网格以及三角形网格，如图4-5所示。
其中，所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，不限于只在肋板表面增加软材料附着层，可根据工程需求在蒙皮内表面与肋板同时增加软材料附着层。
其中，所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，不限于只在肋板表面增加软材料附着层，可根据工程需求在蒙皮内表面与肋板同时增加软材料附着层。
其中，所述附着层增强网格加肋筒壳结构中的蒙皮3与肋板1可采用化学铣切或机械铣切一体成型制造。所述附着层增强网格加肋筒壳结构中的软材料附着层2可根据网格加肋形式直接制造成型。通过控制肋板1宽度以及附着层2宽度，可提升复合肋板截面抗弯刚度，进而在等质量条件下，获得更大轴压极限承载力的网格加肋筒壳结构，或在同载荷要求下，使网格加肋筒壳结构实现轻量化。附着层增强网格加肋筒壳结构中的芯层肋板宽度应小于传统设计中肋板宽度，从而抵消引入的软材料附着层的附加质量。
以某实际结构为例，实施方式可分为3个步骤：
首先，通过化学铣切或机械铣切加工出网格尺寸80mm、肋高40mm、肋宽2mm、蒙皮厚5mm的正方形传统网格加肋铝板(2A14T6铝合金)。
然后，将加工出的网格加肋板结构滚弯成型，并采用搅拌摩擦焊等方式焊接对接处，得到高1000mm、直径990mm传统网格加肋筒壳结构。
最后，将预制的边长78mm、厚5mm、高5mmPMI泡沫方框，通过环氧树脂胶粘剂附着在传统网格加肋筒壳结构的肋板两侧，即可完成附着层增强网格加肋筒壳结构的制造。新型附着层增强网格加肋筒壳相比传统网格加肋筒壳，其质量相同，而轴压极限承载力提高约80％。
Claims (5)
1.一种附着层增强网格加肋筒壳结构，其特征在于，所述附着层增强网格加肋筒壳结构是在传统网格加肋结构的肋板(1)表面增加软材料附着层(2)；所述软材料附着层(2)密度小于肋板(1)材料，且软材料附着层(2)高度与肋板(1)相同。
2.根据权利要求1所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，其特征在于，其网格加肋形式包括但不限于：矩形网格、六边形网格、三角形网格。
3.根据权利要求1或2所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，其特征在于，所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，不限于只在肋板表面增加软材料附着层，可根据工程需求在蒙皮内表面与肋板同时增加软材料附着层。
4.根据权利要求1或2所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，其特征在于，所述附着软层材料是金属泡沫、塑料泡沫或木材。
5.根据权利要求3所述的附着层增强网格加肋筒壳结构，其特征在于，所述附着软层材料是金属泡沫、塑料泡沫或木材。
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