CN107323646B - 一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架及其制备方法，所述筏架主要由依次相连的筏架上板(1)、连接件(2)和筏架下板(3)组成，其中：筏架上板(1)和筏架下板(3)采用碳纤维复合材料制作，连接件(2)采用碳纤维复合材料或金属制成，筏架上板(1)和筏架下板(3)之间用连接件(2)通过螺栓或胶接进行连接。该筏架的制备方法包括筏架上、下板的设计，碳纤维复合材料连接件的结构设计。本发明可以提高浮筏筏架的隔振性能，还具有加工制作简单，便于拆装，结构灵活紧凑，质量更轻，防腐蚀性好，强度更高，便于维护等优势。

Description

一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架及其制备方法

技术领域

本发明涉及隔振技术领域，特别是一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架及其制备方法。

背景技术

目前，用于船舶隔振的浮筏中的筏架结构是连接船体和基座重要连接结构，浮筏隔振系统的中间筏架的材料多使用碳素钢等金属材料生产制成，其阻尼小、材料比刚度低，限制了隔振性能的进一步提高。目前的浮筏隔振装置主要采用箱梁式整体结构。筏架的质量、刚度和阻尼是影响浮筏隔振系统性能的主要因素，现有研究主要关注钢制浮筏结构的动态特性，缺乏对碳纤维复合材料浮筏筏架的研究。框架式结构，在使用过程中主要存在以下的缺陷：金属筏架的体积大，比密度大，占据船体的体积和重量大，安装和拆卸不方便。金属材料的耐腐蚀性差，阻尼比小，吸振性能差。现有复合材料筏架的结构复杂，加工制造工艺繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架，以解决现有钢制浮筏筏架阻尼比较低的缺点，提高浮筏的隔振性能。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的组合式碳纤维复合材料隔振筏架，其主要由依次相连的筏架上板、连接件和筏架下板组成，其中：筏架上板和筏架下板采用碳纤维复合材料制作，连接件采用碳纤维复合材料或金属制成，筏架上板和筏架下板之间用连接件通过螺栓或胶接进行连接。

所述连接件有包括整体式连接件、组合式连接件。

所述的整体式连接件，为整体“工”字型结构，采用金属或碳纤维复合材料制成。

所述的组合式连接件，由2个T型件和与之相连的1块肋板组成；所述T型件的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板的连接孔相连，使2个T型件和与之垂直板同一侧的肋板连接为一体。

所述的组合式连接件，由2个T型件和与之相连的2块肋板组成；所述T型件的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板的连接孔相连，使2个T型件和将其垂直板夹住的肋板连接为一体。

所述的组合式连接件，由4个L型件和与之相连的1块肋板组成，在1块肋板的上部、下部各分配2个L型件。所述L型件的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板的连接孔相连，使4个L型件和将其垂直板夹住的肋板连接为一体。

本发明提供的组合式碳纤维复合材料隔振筏架的制备方法，包括以下步骤：

(1)筏架上、下板的设计：

1)筏架增强材料的选择：

依据筏架的性能要求，复合材料的增强材料选择碳纤维复合材料。

2)基体材料的选择：

一般将树脂材料作为碳纤维复合材料的基体，目前，国内外可供选择的树脂主要有两类：一类为热塑性树脂，如聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮等；另一类为热固性树脂，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和聚酯树脂等；

碳纤维复合材料最常用的树脂基体是环氧树脂，它具有耐高温、粘附性好、耐腐蚀、工艺性能好等特性。因此，本筏架优先选用的复合材料的基体是环氧树脂。

3)筏架的上、下板采用对称铺层方式。

(2)碳纤维复合材料连接件的结构设计：

对于连接件中复合材料肋板的设计采用的材料和铺层方式与筏架相同，对于“工”、“T”和“L”采用模压成型方法制作。

本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1.采用碳纤维复合材料提高浮筏的隔振性能：

由于采用了碳纤维复合材料，突破了舰船筏架采用金属制作的传统，而碳纤维复合材料的比重不到钢的1/4，并且碳纤维复合材料阻尼比远高于金属材料阻尼比，在同阶模态条件下，碳纤维复合材料的阻尼比大约是金属筏架的10倍，因而提高了浮筏的隔振性能。

2.采用不同的连接件和连接形式提高筏架的隔振性能：

由于筏架是由各零、部件组合连接得到，不同的连接件和不同形式的连接可以得到不同的结构阻尼，增加连接界面阻尼，提高振动衰减效果，使其隔振性能得到显著改善，有效降低传递到船体的机械振动，提高舰船的舒适性和隐蔽性。

3.采用组合式结构带来诸多优势：

例如：加工制作简单，便于拆装，结构灵活紧凑，质量更轻，防腐蚀性好，强度更高，便于维护。

附图说明

图1碳纤维复合材料隔振筏架立体图。

图2为本发明整体式“工”字型连接件的结构示意图。

图3为“T型件+单肋板”组合式连接件的结构示意图。

图4为“T型件+双肋板”组合式连接件的结构示意图。

图5为“L型件+单肋板”组合式连接件的结构示意图。

图中：1.筏架上板；2.连接件；3.筏架下板；4.T型件；5.肋板；6.L型件。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，但不限定本发明。

本发明提供的组合式碳纤维复合材料隔振筏架。其结构如图1所示，主要由依次相连的筏架上板1、连接件2和筏架下板3组成，其中：筏架上板1和筏架下板3采用碳纤维复合材料制作，连接件2采用碳纤维复合材料或金属制成，筏架上板1和筏架下板3之间用连接件2通过螺栓或胶接进行连接。

所述连接件2有多种，包括整体式连接件、组合式连接件。

所述的整体式连接件，如图2所示，为整体“工”字型结构，可采用金属或碳纤维复合材料。

所述的组合式连接件，有以下三种：

(1)由2个T型件4和与之相连的1块肋板5组成，如图3所示：T型件4的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板5的连接孔相连，使2个T型件4和与之垂直板同一侧的肋板5连接为一体。

(2)由2个T型件4和与之相连的2块肋板5组成，如图4所示：T型件4的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板5的连接孔相连，使2个T型件4和将其垂直板夹住的肋板5连接为一体。

(3)由4个L型件4和与之相连的1块肋板5组成，在1块肋板5的上部、下部各分配2个L型件6，如图5所示：L型件6的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板5的连接孔相连，使4个L型件6和将其垂直板夹住的肋板5连接为一体。

(1)(2)(3)结构的组合式连接件都用于连接筏架的上、下板，(2)和(3)两种连接界面接触面积较大，结构阻尼大，吸振性能好。

本发明采用不同结构的连接件可以得到不同的结构阻尼，从而得到不同的阻尼比，可以用金属或碳纤维复合材料，通过增加连接界面和采用碳纤维复合材料都能提高筏架的阻尼比，提高筏架的隔振性能。

本发明采用不同形式的连接可以改善筏架的隔振性能：连接件如果采用碳纤维复合材料，筏架和连接件之间可以采用胶结或螺栓连接形式，从而得到不同的阻尼比，改善筏架的隔振性能。

本发明采用以下方法，组装图1所示的筏架：

1.筏架上、下板的设计：

1)筏架增强材料的选择：

依据筏架的性能要求，复合材料的增强材料选择碳纤维复合材料。

2)基体材料的选择：

一般将树脂材料作为碳纤维复合材料的基体，目前，国内外可供选择的树脂主要有两类：一类为热塑性树脂，如聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮等；另一类为热固性树脂，如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和聚酯树脂等。

碳纤维复合材料最常用的树脂基体是环氧树脂，它具有耐高温、粘附性好、耐腐蚀、工艺性能好等特性。因此，本筏架优先选用的复合材料的基体是环氧树脂。

3)筏架的上、下板采用对称铺层方式。

2.碳纤维复合材料连接件的结构设计：

对于连接件中复合材料肋板的设计采用的材料和铺层方式与筏架相同。对于“工”、“T”和“L”采用模压成型方法制作。

1)图2为整体式连接件，本连接件通过螺栓与上、下板连接，连接的界面少，组装方便，阻尼比相对于其他连接件较少，隔振效果差些。

2)图3为一种组合式连接件。本连接件相对于图1增加连接界面，结构阻尼增大，组装方便，采用“T”型件为金属，肋板为碳纤维复合材料，其铺层方案与上、下板的方案一致。

3)图4和图5组合式连接件。两种连接件的连接界面一样，连接界面相对其他两种接触面积大，阻尼比较大。采用“T”型件为金属，肋板为碳纤维复合材料，其铺层方案与上、下板的方案一致。

3连接方式的选择：

经过几十年的发展，出现了许多碳纤维结构连接的方法，主要包括以下5种方法：机械连接；胶接连接；缝合连接；Z-Pin连接；混合连接。贯穿厚度连接的抗剥离应力和劈裂应力强，这正是如胶接的主要缺点。本筏架采用了螺栓连接，此连接方法简单，易拆装,抗剥离应力强。

本发明提供的组合式碳纤维复合材料隔振筏架，其使用方法如下：被隔振设备安装在筏架上，筏架与基座相连，筏架上下板采用螺栓连接。

Claims (5)

1.一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架，其特征是主要由依次相连的筏架上板（1）、连接件（2）和筏架下板（3）组成，其中：筏架上板（1）和筏架下板（3）采用碳纤维复合材料制作，连接件（2）采用碳纤维复合材料或金属制成，筏架上板（1）和筏架下板（3）之间用连接件（2）通过螺栓或胶接进行连接，所述连接件（2）包括整体式连接件、组合式连接件；采用不同结构的连接件可以得到不同的结构阻尼，从而得到不同的阻尼比，采用金属或碳纤维复合材料，通过增加连接界面和采用碳纤维复合材料都能提高筏架的阻尼比，提高筏架的隔振性能；

所述的组合式连接件，由4个L型件（6）和与之相连的1块肋板（5）组成，在1块肋板（5）的上部、下部各分配2个L型件（6），其中：L型件（6）的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板（5）的连接孔相连，用4个L型件（6）将垂直肋板（5）夹住，连接为一体。

2.根据权利要求1所述的组合式碳纤维复合材料隔振筏架，其特征是所述的整体式连接件，为整体“工”字型结构，采用金属或碳纤维复合材料制成。

3.根据权利要求1所述的组合式碳纤维复合材料隔振筏架，其特征是所述的组合式连接件，由2个T型件（4）和与之相连的1块肋板（5）组成的结构替换；所述T型件（4）的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板（5）的连接孔相连，使2个T型件（4）和与之垂直板同一侧的肋板（5）连接为一体。

4.根据权利要求1所述的组合式碳纤维复合材料隔振筏架，其特征是所述的组合式连接件，由2个T型件（4）和与之相连的2块肋板（5）组成的结构替换；所述T型件（4）的连接板和垂直板均设有连接孔，其中连接板的连接孔用于与筏架上、下板连接；垂直板的连接孔通过螺栓与肋板（5）的连接孔相连，使2个T型件（4）和将其垂直板夹住的肋板（5）连接为一体。

5.一种组合式碳纤维复合材料隔振筏架的制备方法，其特征是制备权利要求1至4中任一所述的组合式碳纤维复合材料隔振筏架，包括以下步骤：

（1）筏架上、下板的设计：

1）筏架增强材料的选择：

依据筏架的性能要求，复合材料的增强材料选择碳纤维复合材料；

2）基体材料的选择：

本筏架选用的碳纤维复合材料的基体是环氧树脂；

3）筏架的上、下板采用对称铺层方式；

（2）碳纤维复合材料连接件的结构设计：

对于连接件中复合材料肋板的设计采用的材料和铺层方式与筏架相同，对于“工”、“T”和“L”采用模压成型方法制作。

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