CN109823468B - 一种船用t形分布夹层板连接组件及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用T形分布夹层板连接组件，包括一连接两个水平分布的夹层板的中间连接组件，所述中间连接组件包括一对Z形中间连接板、斜支撑板、一下连接板，两个中间连接板的两外侧分别与两个水平分布的夹层板的上、下面板焊接固定，所述下连接板分别与两个水平分布的夹层板的下面板相连接固定并覆盖中间连接板，且下连接板的底端还与竖直分布的夹层板的上端固定；一连接竖直分布的夹层板与下连接板连接处的内角连接组件，内角连接组件包括一对内连接板；还涉及上述连接组件的安装方法。本发明的优点在于：在解决金属基夹层板难以直接焊接的同时，采用该连接结构不仅在强度方面使结构得到加强，还提高了夹层板的载荷承受能力。

Description

一种船用T形分布夹层板连接组件及安装方法

技术领域

本发明涉及一种船用T形分布夹层板连接组件，还涉及上述连接组件的安装方法。

背景技术

金属基折叠式夹层板比强高、抗冲击性能优良，同时具有防振、防火等诸多优点，目前已在航空航天、汽车、桥梁等领域广泛应用。夹层板在船舶结构中使用不仅可以有效解决常规船体结构设计中的瓶颈问题，同时也可以提高舰船抗冲击性能，提高舰船设计水平。但是夹层板连接结构始终制约着夹层板在舰船船体结构中的大规模应用，尤其是夹层板T型接口处的连接形式。由于夹层板夹层上下面板间距一般仅为5cm左右，而板厚一般仅为1~3mm左右，直接焊接法不仅需要高精度切割夹层板，同时在对接时易穿透、施工复杂、耗时耗力、难以焊接，此外还会带来焊接角隅处的应力集中，硬度过高等问题，容易产生开裂，难以满足夹层板连接部位的强度问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种船用T形分布夹层板连接组件，以及上述连接组件的安装方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种船用T形分布夹层板连接组件，连接组件用于对呈T形状分布一对水平分布的夹层板以及一竖直分布的夹层板之间的接口处进行连接，所述夹层板包括一上面板、一下面板以及位于上下面板之间并连接上下面板的夹芯结构，其创新点在于：连接组件包括

一连接两个水平分布的夹层板的中间连接组件，所述中间连接组件包括一对Z形中间连接板、连接两个中间连接板的斜支撑板、一下连接板，两个中间连接板以斜支撑板的中心点为对称点中心对称，两个中间连接板的两外侧分别与两个水平分布的夹层板的上、下面板焊接固定，所述下连接板分别与两个水平分布的夹层板的下面板相连接固定并覆盖中间连接板，且下连接板的底端还与竖直分布的夹层板的上端固定；

一连接竖直分布的夹层板与下连接板连接处的内角连接组件，所述内角连接组件包括一对对称分布的呈7字形状弯折的内连接板，且内连接板分别与夹层板的下面板的外侧及下连接板的底端相连。

进一步的，所述中间连接板、斜支撑板的厚度为夹层板的上下面板的厚度的两倍，中间连接板与夹层板连接的一端的上下两侧在竖直方向上齐平，斜支撑板的两端呈V形状。

进一步的，所述内连接板的弯折角度与夹层板与下连接板之间的夹角一致，且内连接板的两端呈弧形状。

一种实现上述船用T形分布夹层板连接组件的加工方法，其创新点在于：包括下述步骤：

a）中间连接组件的制作：首先，根据两个水平分布的夹层板的上面板之间的间距、下面板之间的间距以及上、下面板的厚度计算得到中间连接板所需的长度、厚度以及斜支撑板的长度、厚度，然后取两个满足长度、厚度要求的长方形钢板，并根据这些尺寸对两个钢板进行弯折，形成两个Z形的中间连接板，再取一个满足长度、厚度要求的长方形钢板，将其两端斜削成V形状，以作为斜支撑板，然后将两个中间连接板以斜支撑板的中心点为对称点对准后，对三者之间进行焊接固定形成一个整体，再取一块满足长度、厚度要求的长方形钢板做下连接板；

b）内角连接组件的制作：再取一对长方形钢板，并根据计算得到内连接板的弯折角度，对长方形钢板进行弯折形成内连接板；

c）整体组装：首先，将其中一个水平分布的夹层板与其中一个中间连接板端部的上下两侧对准后，将中间连接板的上下两侧与该夹层板的上、下面板及夹芯结构的端部焊接固定，再将另一个水平分布的夹层板对准另一个中间连接板端部的上下两侧后，同样对中间连接板的上下两侧与该夹层板的上、下面板及夹芯结构的端部焊接固定，然后，再将下连接板贴合在两个水平分布的夹层板的下端的中部位置，并对下连接板与两个水平分布的夹层板的下面板、中间连接板之间均进行焊接固定，再将竖直分布的夹层板的上端贴合下连接板的中部位置后进行焊接固定，最后，将一对内连接板分别贴合在竖直分布的夹层板与下连接板的连接处的内侧并分别对内连接板的端部处进行焊接固定。

进一步的所述步骤a中，两个中间连接板以及斜支撑板之间的连接均采用普通焊接。

进一步的，所述步骤c中，中间连接板的上下两侧与夹层板的上、下面板及夹芯结构之间的焊接为普通焊接，下连接板与两个水平分布的夹层板的下面板、中间连接板之间的焊接为普通焊接，内连接板与竖直分布的夹层板的上、下面板之间为普通焊接。

本发明的优点在于：在目前常见的夹层板尺寸范围内和一定的角隅夹角变化范围内，在不用改变连接构件的形式、尺寸的情况下，通过简单的钢板弯折和焊接作业即能够实现统一化装配，便于模块化作业。

在解决金属基夹层板难以直接焊接的同时，采用该连接结构不仅在强度方面使结构得到加强，还提高了夹层板的载荷承受能力。

对于内连接板的弯折角度与夹层板与下连接板之间的夹角一致，也是为了内连接板能够很好的与两个夹层板贴合，避免产生间隙而影响结构强度，而将内连接板的两端设计为弧形状则是为了方便焊接。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的船用T形分布夹层板连接组件的示意图。

图2-图4为本发明中中间连接板的制作流程图。

图5-图9为本发明中连接组件与夹层板的连接流程图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示的一种船用T形分布夹层板连接组件，连接组件用于对呈T形状分布一对水平分布的夹层板以及一竖直分布的夹层板之间的接口处进行连接，夹层板包括一上面板1、一下面板2以及位于上面板1与下面板2之间并连接上下面板的夹芯结构3。

连接组件包括

一连接两个水平分布的夹层板的中间连接组件，中间连接组件包括一对Z形中间连接板4、连接两个中间连接板4的斜支撑板5、一下连接板7，两个中间连接板4以斜支撑板5的中心点为对称点中心对称，两个中间连接板4的两外侧分别与两个水平分布的夹层板的上面板1、下面板2焊接固定，下连接板7分别与两个水平分布的夹层板的下面板2相连接固定并覆盖中间连接板4，且下连接板7的底端还与竖直分布的夹层板的上端固定。

中间连接板4、斜支撑板5的厚度为夹层板的上面板1、下面/2的厚度的两倍，中间连接板4与夹层板连接的一端的上下两侧在竖直方向上齐平，斜支撑板5的两端呈V形状。

一连接竖直分布的夹层板与下连接板7连接处的内角连接组件，内角连接组件包括一对对称分布的呈7字形状弯折的内连接板6，且内连接板6分别与夹层板的下面板2的外侧及下连接板7的底端相连。

内连接板6的弯折角度与夹层板与下连接板7之间的夹角一致，且内连接板6的两端呈弧形状。对于内连接板6的弯折角度与夹层板与下连接板7之间的夹角一致，也是为了内连接板6能够很好的与两个夹层板贴合，避免产生间隙而影响结构强度，而将内连接板6的两端设计为弧形状则是为了方便焊接。

上述连接组件与夹层板T型接口处的安装方法具体通过下述步骤得以实现：

第一步，中间连接组件的制作：首先，根据两个水平分布的夹层板的上面板1之间的间距、下面板2之间的间距以及上面板1、下面板2的厚度计算得到中间连接板4所需的长度、厚度以及斜支撑板5的长度、厚度，然后取两个满足长度、厚度要求的长方形钢板，如图2所示，并根据这些尺寸对两个钢板进行弯折，形成两个Z形的中间连接板4，再取一个满足长度、厚度要求的长方形钢板，将其两端斜削成V形状，以作为斜支撑板5，如图3所示，然后将两个中间连接板4以斜支撑板5的中心点为对称点对准后，对三者之间进行焊接固定形成一个整体，如图4所示，再取一块满足长度、厚度要求的长方形钢板做下连接板7。

上述步骤中，两个中间连接板4以及斜支撑板5之间的连接均采用普通焊接。

第二步，内角连接组件的制作：在根据竖直分布的夹层板与下连接板7之间的夹角分别计算得到两个内连接板6的弯折角度，再取一对满足长度要求的长方形钢板，并进行弯折形成内连接板6。

第三步，整体组装：首先，将其中一个水平分布的夹层板与其中一个中间连接板4端部的上下两侧对准后，将中间连接板4的上下两侧与该夹层板的上面板1、下面板2及夹芯结构3的端部焊接固定，如图5所示，再将另一个水平分布的夹层板对准另一个中间连接板4端部的上下两侧后，同样对中间连接板4的上下两侧与该夹层板的上面板1、下面板2及夹芯结构3的端部焊接固定，如图6所示，然后，再将下连接板7贴合在两个水平分布的夹层板的下面板2底端的中部位置，并对下连接板7与两个水平分布的夹层板的下面板2、中间连接板4之间均进行焊接固定，如图7所示，再将竖直分布的夹层板的上端贴合下连接板7的中部位置后进行焊接固定，如图8所示，最后，将一对内连接板6分别贴合在竖直分布的夹层板与下连接板7的连接处的内侧并分别对内连接板6的端部处进行焊接固定，如图9所示，最终形成如图1所示 的整体结构。

上述步骤中，中间连接板4的上下两侧与夹层板的上面板1、下面板2及夹芯结构3之间的焊接为普通焊接，下连接板7与两个水平分布的夹层板的下面板2、中间连接板4之间的焊接为普通焊接，内连接板6与竖直分布的夹层板的上面板1、下面板2及下连接板7之间的焊接为普通焊接。

为了充分说明本发明连接结构的优点，下面以直接焊接法连接的结构来进行比较验证：

不考虑施工难度，为了方便比较，夹层板材料、尺寸和板厚与采用连接件连接的结构相同，对于水平分布的夹层板的结构尺寸为长×宽×高=12×20×5cm，对于竖直分布的夹层板的结构尺寸为长×宽×高=10×20×5cm，板的厚度为3mm。

建立典型T型接口处结构有限元模型进行对比分析。

利用有限元软件模拟夹层板结构在外部静力载荷下的变形程度，研究两者的强度和力学性能差异，其中一个水平分布的夹层板的端部刚性固定，竖直分布的夹层板的下端刚性固定，对其中一个夹层板施加1000N的静载荷，研究夹层板结构各位置的最大变形量、结构的吸能以及应力的集中情况，计算得到的应力、应变以及能量吸收图，能量吸收情况可以反映夹层板的抗冲击性能，吸能量越大，夹层板的缓冲效果就越好，而最大变形量可以反映夹层板的结构强度，变形量越小，结构强度越大。

在施加相同的载荷后，采用本发明的连接组件连接的夹层板结构的最大应力为0.077MPa，而采用直接焊接连接的夹层板结构的最大应力达到0.1618MPa，采用本文提出的连接件的结构最大应力减小52.4％。

在施加相同的载荷后，采用本发明的连接组件连接的夹层板结构的最大位移为5.021×10^-8m，而采用直接焊接连接的夹层板结构最大位移达到1.111×10^-7m，采用本文提出的连接件的结构最大位移减小54.8％。

本发明提出的船用金属基折叠式夹层板T型接口处的连接组件强度较传统直接焊接法的结构强度上有明显的提高，其主要原因是连接组件强度较高，而角隅处为应力集中位置，避免了直接焊接连接带来的局部强度不足问题，同时克服了直接焊接夹层板时施工方面的不便和难度，为夹层板的模块化安装提供了保障。

本发明的连接组件也适用于水平分布的两个夹层板之间的连接，即面内夹层板的连接，只需采用两个中间连接板4与斜支撑板5即可实现连接。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种船用T形分布夹层板连接组件，连接组件用于对呈T形状分布一对水平分布的夹层板以及一竖直分布的夹层板之间的接口处进行连接，所述夹层板包括一上面板、一下面板以及位于上下面板之间并连接上下面板的夹芯结构，其特征在于：连接组件包括

一连接两个水平分布的夹层板的中间连接组件，所述中间连接组件包括一对Z形中间连接板、连接两个中间连接板的斜支撑板、一下连接板，两个中间连接板以斜支撑板的中心点为对称点中心对称，两个中间连接板的两外侧分别与两个水平分布的夹层板的上、下面板焊接固定，所述下连接板分别与两个水平分布的夹层板的下面板相连接固定并覆盖中间连接板，且下连接板的底端还与竖直分布的夹层板的上端固定；

一连接竖直分布的夹层板与下连接板连接处的内角连接组件，所述内角连接组件包括一对对称分布的呈7字形状弯折的内连接板，且内连接板分别与夹层板的下面板的外侧及下连接板的底端相连。

2.根据权利要求1所述的船用T形分布夹层板连接组件，其特征在于：所述中间连接板、斜支撑板的厚度为夹层板的上下面板的厚度的两倍，中间连接板与夹层板连接的一端的上下两侧在竖直方向上齐平，斜支撑板的两端呈V形状。

3.根据权利要求1所述的船用T形分布夹层板连接组件，其特征在于：所述内连接板的弯折角度与夹层板与下连接板之间的夹角一致，且内连接板的两端呈弧形状。

4.一种实现权利要求1所述的船用T形分布夹层板连接组件的加工方法，其特征在于：包括下述步骤：

a）中间连接组件的制作：首先，根据两个水平分布的夹层板的上面板之间的间距、下面板之间的间距以及上、下面板的厚度计算得到中间连接板所需的长度、厚度以及斜支撑板的长度、厚度，然后取两个满足长度、厚度要求的长方形钢板，并根据这些尺寸对两个钢板进行弯折，形成两个Z形的中间连接板，再取一个满足长度、厚度要求的长方形钢板，将其两端斜削成V形状，以作为斜支撑板，然后将两个中间连接板以斜支撑板的中心点为对称点对准后，对三者之间进行焊接固定形成一个整体，再取一块满足长度、厚度要求的长方形钢板做下连接板；

b）内角连接组件的制作：再取一对长方形钢板，并根据计算得到内连接板的弯折角度，对长方形钢板进行弯折形成内连接板；

c）整体组装：首先，将其中一个水平分布的夹层板与其中一个中间连接板端部的上下两侧对准后，将中间连接板的上下两侧与该夹层板的上、下面板及夹芯结构的端部焊接固定，再将另一个水平分布的夹层板对准另一个中间连接板端部的上下两侧后，同样对中间连接板的上下两侧与该夹层板的上、下面板及夹芯结构的端部焊接固定，然后，再将下连接板贴合在两个水平分布的夹层板的下端的中部位置，并对下连接板与两个水平分布的夹层板的下面板、中间连接板之间均进行焊接固定，再将竖直分布的夹层板的上端贴合下连接板的中部位置后进行焊接固定，最后，将一对内连接板分别贴合在竖直分布的夹层板与下连接板的连接处的内侧并分别对内连接板的端部处进行焊接固定。

5.根据权利要求4所述的船用T形分布夹层板连接组件的加工方法，其特征在于：所述步骤a中，两个中间连接板以及斜支撑板之间的连接均采用普通焊接。

6.根据权利要求4所述的船用T形分布夹层板连接组件的加工方法，其特征在于：所述步骤c中，中间连接板的上下两侧与夹层板的上、下面板及夹芯结构之间的焊接为普通焊接，下连接板与两个水平分布的夹层板的下面板、中间连接板之间的焊接为普通焊接，内连接板与竖直分布的夹层板的上、下面板之间为普通焊接。