CN109823470A - 一种船用夹层板拐角连接结构及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船用夹层板拐角连接结构，一连接两个夹层板外侧的外角连接组件，外角连接组件包括一外连接外板、一外连接内板，外连接外板、外连接内板均为由一水平板、一竖直板共同构成的7字形状结构，外连接内板的水平板与外连接外板的水平板之间留有容夹层板的上面板插入的间隙；一连接两个夹层板内侧的内角连接组件，所述内角连接组件包括一呈7字形状弯折的内连接板，且内连接板分别与两个夹层板的下面板的外侧面相连；还涉及上述连接结构的安装方法。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
技术领域
本发明涉及一种船用夹层板拐角连接结构，还涉及上述连接结构的安装方法。
背景技术
金属基折叠式夹层板重量轻、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，尤其是夹层板角隅处的连接形式。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夹层板拐角连接结构，以及上述连接结构的安装方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种船用夹层板拐角连接结构，连接结构用于对水平分布的夹层板与竖直分布的夹层板之间的连接，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：连接结构包括
一连接两个夹层板外侧的外角连接组件，所述外角连接组件包括一外连接外板、一外连接内板，外连接外板、外连接内板均为由一水平板、一竖直板共同构成的7字形状结构，且外连接外板的尺寸大于外连接内板的尺寸，所述外连接内板连接在外连接外板的内侧，且外连接内板的竖直板与外连接外板的竖直板相固定，外连接内板的水平板与外连接外板的水平板之间留有容夹层板的上面板插入的间隙；
一连接两个夹层板内侧的内角连接组件，所述内角连接组件包括一呈7字形状弯折的内连接板，且内连接板分别与两个夹层板的下面板的外侧面相连。
进一步的，所述外连接外板与外连接内板的弯折角度均与两个夹层板的夹角一致，且外连接外板与外连接内板的两端呈弧形状。
进一步的，所述内连接板的弯折角度与两个夹层板的夹角一致，且内连接板的两端呈弧形状。
一种实现上述船用夹层板拐角连接结构的加工方法，其创新点在于：包括下述步骤：
a）外角连接组件的制作：首先，根据计算得到外连接外板与外连接内板的弯折角度、外连接外板的水平板与外连接内板的水平板之间留有的间距，然后取两个满足长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，分别形成外连接外板与外连接内板，并将弯折好的外连接外板的竖直板与外连接内板的竖直板贴合在一起，并预留好外连接外板的水平板与外连接内板的水平板之间的间距，然后对两个竖直板之间进行普通焊接固定，使之连为一个整体的外角连接组件；
b）内角连接组件的制作：再取一长方形钢板，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：将水平分布的夹层板的上面板嵌入外连接外板的水平板与外连接内板的水平板之间的间隙中，并对上面板与外连接外板的水平板进行焊接固定，以及上面板、外连接外板的水平板、外连接内板的水平板的三者连接处进行焊接固定，其次，将竖直分布的夹层板的上端贴合水平分布的夹层板的下面板的底端，竖直分布的夹层板的上面板贴合外连接外板的竖直板的内壁，并进行焊接固定，最后，将内连接板贴合两个夹层板的下面板的外表面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c中，上面板与外连接外板的水平板之间的焊接为普通焊接，上面板、外连接外板的水平板、外连接内板的水平板的三者连接处的焊接为激光焊接，竖直分布的夹层板的上面板与外连接外板的竖直板之间的焊接为普通焊接，内连接板的端部与夹层板之间的焊接采用普通焊接。
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。
对于外连接外板与外连接内板的弯折角度均与两个夹层板的夹角一致，也是为了外连接外板与外连接内板能够很好的与两个夹层板贴合，而将外连接外板与外连接内板的两端均采用弧形状则是为了方便焊接。
对于内连接板的弯折角度与两个夹层板的夹角一致，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为本发明的船用夹层板拐角连接结构的示意图。
图2为本发明中外角连接组件的制作示意图。
图3-图5为本发明中连接结构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所示的一种船用夹层板拐角连接结构，连接结构用于对水平分布的夹层板与竖直分布的夹层板之间的连接，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之间并连接上面板1与下面板2的夹芯结构3。
连接结构包括
一连接两个夹层板外侧的外角连接组件4，该外角连接组件4包括一外连接外板6、一外连接内板7，外连接外板6、外连接内板7均为由一水平板、一竖直板共同构成的7字形状结构，且外连接外板6的尺寸大于外连接内板7的尺寸，外连接内板7连接在外连接外板6的内侧，且外连接内板6的竖直板与外连接外板7的竖直板相固定，外连接内板6的水平板与外连接外板7的水平板之间留有容夹层板的上面板1插入的间隙。
外连接外板6与外连接内板7的弯折角度均与两个夹层板的夹角一致，且外连接外板6与外连接内板7的两端呈弧形状。对于外连接外板6与外连接内板7的弯折角度均与两个夹层板的夹角一致，也是为了外连接外板6与外连接内板7能够很好的与两个夹层板贴合，而将外连接外板6与外连接内板7的两端均采用弧形状则是为了方便焊接。
一连接两个夹层板内侧的内角连接组件，所述内角连接组件包括一呈7字形状弯折的内连接板5，且内连接板5分别与两个夹层板的下面板2的外侧面相连。
内连接板5的弯折角度与两个夹层板的夹角一致，且内连接板5的两端呈弧形状。对于内连接板5的弯折角度与两个夹层板5的夹角一致，也是为了内连接板5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
上述连接结构的加工方法，通过下述步骤得以实现：
第一步，外角连接组件的制作：首先，根据计算得到外连接外板6与外连接内板7的弯折角度、外连接外板6的水平板与外连接内板7的水平板之间留有的间距，然后取两个满足长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，分别形成外连接外板6与外连接内板7，并将弯折好的外连接外板6的竖直板与外连接内板7的竖直板贴合在一起，并预留好外连接外板6的水平板与外连接内板7的水平板之间的间距，然后对两个竖直板之间进行普通焊接固定，使之连为一个整体的外角连接组件，如图2所示。
第二步，内角连接组件的制作：根据计算得到内连接板5的弯折角度、内连接板5的长度，再根据计算得到的尺寸取一长方形钢板，并对长方形钢板进行弯折形成内连接板5。
第三步，整体组装：将水平分布的夹层板的上面板1嵌入外连接外板6的水平板与外连接内板7的水平板之间的间隙中，并对上面板1与外连接外板6的水平板进行焊接固定，以及上面板1、外连接外板6的水平板、外连接内板7的水平板的三者连接处进行焊接固定，其次，将竖直分布的夹层板的上端贴合水平分布的夹层板的下面板2的底端，竖直分布的夹层板的上面板1贴合外连接外板6的竖直板的内壁，并进行焊接固定，最后，将内连接板5贴合两个夹层板的下面板2的外表面并分别对内连接板5的端部处进行焊接固定，从而完成折角角隅处的两个夹层板的连接固定。
水平分布的夹层板的上面板1与外连接外板6的水平板之间的焊接为普通焊接，上面板1、外连接外板6的水平板、外连接内板7的水平板的三者连接处的焊接为激光焊接，竖直分布的夹层板的上面板1与外连接外板6的竖直板之间的焊接为普通焊接，内连接板5的端部与夹层板之间的焊接采用普通焊接。
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。对于夹层板的结构尺寸，水平分布的夹层板为长×宽×高=25×20×5cm，竖直分布的夹层板为长×宽×高=20×20×5cm，板的厚度为3mm。
建立典型角隅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，竖直分布的夹层板下端刚性固定，水平分布的夹层板左端部施加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，采用本发明连接结构连接夹层板结构的最大应力为0.3738MPa，而采用直接焊接连接的夹层板结构最大应力达到0.4386MPa，采用本文提出的连接件的结构最大应力减小13.8％。
在施加相同的载荷后，采用本发明连接结构连接夹层板结构的的最大位移为9.748×10-7m，而采用直接焊接连接的夹层板结构最大位移达到1.213×10-6m，采用本文提出的连接件的结构最大位移减小19.6％。
本发明提出的船用金属基折叠式夹层板折角角隅处的连接结构强度较传统直接焊接法的结构强度上有明显的提高，其主要原因是连接结构强度较高，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 (5)
1.一种船用夹层板拐角连接结构，连接结构用于对水平分布的夹层板与竖直分布的夹层板之间的连接，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：连接结构包括
一连接两个夹层板外侧的外角连接组件，所述外角连接组件包括一外连接外板、一外连接内板，外连接外板、外连接内板均为由一水平板、一竖直板共同构成的7字形状结构，且外连接外板的尺寸大于外连接内板的尺寸，所述外连接内板连接在外连接外板的内侧，且外连接内板的竖直板与外连接外板的竖直板相固定，外连接内板的水平板与外连接外板的水平板之间留有容夹层板的上面板插入的间隙；
一连接两个夹层板内侧的内角连接组件，所述内角连接组件包括一呈7字形状弯折的内连接板，且内连接板分别与两个夹层板的下面板的外侧面相连。
2.根据权利要求1所述的船用夹层板拐角连接结构，其特征在于：所述外连接外板与外连接内板的弯折角度均与两个夹层板的夹角一致，且外连接外板与外连接内板的两端呈弧形状。
3.根据权利要求1所述的船用夹层板拐角连接结构，其特征在于：所述内连接板的弯折角度与两个夹层板的夹角一致，且内连接板的两端呈弧形状。
4.一种实现权利要求1所述的船用夹层板拐角连接结构的加工方法，其特征在于：包括下述步骤：
a）外角连接组件的制作：首先，根据计算得到外连接外板与外连接内板的弯折角度、外连接外板的水平板与外连接内板的水平板之间留有的间距，然后取两个满足长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，分别形成外连接外板与外连接内板，并将弯折好的外连接外板的竖直板与外连接内板的竖直板贴合在一起，并预留好外连接外板的水平板与外连接内板的水平板之间的间距，然后对两个竖直板之间进行普通焊接固定，使之连为一个整体的外角连接组件；
b）内角连接组件的制作：再取一长方形钢板，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：将水平分布的夹层板的上面板嵌入外连接外板的水平板与外连接内板的水平板之间的间隙中，并对上面板与外连接外板的水平板进行焊接固定，以及上面板、外连接外板的水平板、外连接内板的水平板的三者连接处进行焊接固定，其次，将竖直分布的夹层板的上端贴合水平分布的夹层板的下面板的底端，竖直分布的夹层板的上面板贴合外连接外板的竖直板的内壁，并进行焊接固定，最后，将内连接板贴合两个夹层板的下面板的外表面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所述的船用夹层板拐角连接结构的加工方法，其特征在于：所述步骤c中，上面板与外连接外板的水平板之间的焊接为普通焊接，上面板、外连接外板的水平板、外连接内板的水平板的三者连接处的焊接为激光焊接，竖直分布的夹层板的上面板与外连接外板的竖直板之间的焊接为普通焊接，内连接板的端部与夹层板之间的焊接采用普通焊接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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