CN111942518A - 一种功能型复合材料新型帽型筋材结构 - Google Patents

一种功能型复合材料新型帽型筋材结构 Download PDF

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梅志远
付晓
陈国涛
张二
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Abstract

本发明涉及纤维增强树脂基复合材料应用领域，尤其涉及一种功能型复合材料新型帽型筋材结构。包括复合材料预制体、复合材料蒙皮和芯材三部分，复合材料蒙皮分为0/90°铺层区、45°铺层区和过渡区三部分，复合材料预制体位于复合材料蒙皮面板与芯材之间，芯材表面与筋材表面平行，其底部与壳板直接连接。所述复合材料蒙皮2为纤维增强复合材料，所述复合材料蒙皮2面板与腹板连接区域增设复合材料弧形过渡区，本发明在保证加筋板刚度的前提下，解决复合材料加筋板普遍存在的板筋刚度过匹配问题，同时减轻结构重量，兼顾结构的其他功能要求。

Description

一种功能型复合材料新型帽型筋材结构
技术领域
本发明涉及纤维增强树脂基复合材料(FRC)应用领域，尤其涉及一种功能型复合材料新型帽型筋材结构。
背景技术
先进复合材料具有比强度和比刚度高、质轻、耐腐蚀的特点，使其成为继铝合金、结构钢、钛合金之后的第四大新型材料。此外，采用复合材料筋材代替传统钢质筋材，可以有效降低钢质筋材与复合材料板材连接件的数目以及过渡带的附加质量，从而降低整体结构设计的重量，并节约装配成本。同时，凭借复合材料良好的耐腐蚀特性，全复合材料结构的维护成本明显降低。
上述特点促使新型复合材料在舰艇结构中得到广泛应用与发展，然而在实际舰船结构设计时，复合材料与钢结构的连接问题仍然比较突出，同时，钢质筋材在重量、声学性能方面较复合材料差异明显，且大量事实证明船用加筋板板材与筋材存在过匹配的现象，采用质量更轻，可设计性更好的筋材有助于提高加筋板的承载能力，提高材料利用率。
发明内容
本发明创造的目的在于，提供一种能够解决筋材刚度过强带来的板筋匹配问题，减轻结构重量，同时兼顾结构的功能性要求的功能型复合材料新型帽型筋材结构。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
本申请的一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，所述复合材料新型帽型筋材包括竖直设置在壳板4上的芯材3、设于芯材3顶部的复合材料预制体1、设置于复合材料新型帽型筋材外部的材料复合材料蒙皮2；
所述材料复合材料蒙皮2根据其位置不同分为：
①设于复合材料预制体1顶部及组右侧的0/90°铺层区蒙皮2a；②设于复合材料预制体1与芯材3连接部位及两侧，以及芯材3与壳板4连接部位及两侧的过渡区蒙皮2c；③设于芯材3左右侧位于过渡区蒙皮2c之间的45°铺层区蒙皮2b；④设于壳板4上，靠近芯材3与壳板4连接部并与该侧过渡区蒙皮2c连接的折边区蒙皮2d；
所述复合材料蒙皮2为纤维增强复合材料，所述复合材料蒙皮2面板与腹板连接区域增设复合材料弧形过渡区2e，以减小连接处应力集中；所述芯材3为功能型材料，芯材3表面与筋材表面平行，其底部与壳板4直接连接；芯材3与壳板4一体真空成型或者粘接成型，便于外部缠绕复合材料布。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，蒙皮过渡区2a顶部宽度D1大于芯材3的最大宽度D2，复合材料预制体1与芯材3组合结构的截面形状为T型或蘑菇状。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，所述芯材3为吸声型材料或透声型材料或耐火性材料；所述芯材3是预先加工制造或者采用浇铸成型。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，所述复合材料蒙皮2所用纤维增强材料是指碳纤维、玻璃纤维，当复合材料蒙皮2存在不同铺层角度区域时需增加过渡区。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，所述复合材料蒙皮2以及芯材3存在尖锐连接处设有圆角结构，复合材料蒙皮2与芯材3之间填充有柔性树脂。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，所述折边区蒙皮2d尺寸应满足：
最小搭接宽度b1＝0.2h或50mm，取两者中的较大者；h为芯材3高度，折边区域与复合材料壳板4采用胶接或胶螺混合连接方式。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，所述复合材料壳板4采用夹层板，或者层合板。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，整体筋材的中性轴需与壳板型线保持一致。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，所述复合材料预制体1一次真空成型，或者手糊成型。
对前述功能型复合材料新型帽型筋材结构的进一步改进，功能型复合材料新型帽型筋材末端做削斜处理，削斜后表面缠绕与表层相同的复合材料布。
其有益效果在于：
本发明的复合材料帽型筋材结构，具有结构简单轻便，物理性能好，施工操作便捷的特点。
其适应强，能够有效保证各类舰船结构的强度以及性能，在保证舰船结构强度和各项技术指标不下降的情况下，解决现有帽型筋体刚度与筋板性能不匹配的问题，在实现更好的性能的同时，对加工施工要求低，易于推广应用，具有良好的发展前景。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例二的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
如图1、图2所示，本申请的一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，所述复合材料新型帽型筋材包括竖直设置在壳板4上的芯材3、设于芯材3顶部的复合材料预制体1、设置于复合材料新型帽型筋材外部的材料复合材料蒙皮2；
所述材料复合材料蒙皮2根据其位置不同分为：①设于复合材料预制体1顶部及组右侧的0/90°铺层区蒙皮2a；②设于复合材料预制体1与芯材3连接部位及两侧，以及芯材3与壳板4连接部位及两侧的过渡区蒙皮2c；③设于芯材3左右侧位于过渡区蒙皮2c之间的45°铺层区蒙皮2b；④设于壳板4上，靠近芯材3与壳板4连接部并与该侧过渡区蒙皮2c连接的折边区蒙皮2d；所述复合材料蒙皮2为纤维增强复合材料，复合材料蒙皮2所用纤维增强材料是指碳纤维、玻璃纤维，当复合材料蒙皮2存在不同铺层角度区域时需增加过渡区。所述复合材料蒙皮2以及芯材3存在尖锐连接处设有圆角结构，复合材料蒙皮2与芯材3之间填充有柔性树脂。
进一步地，复合材料蒙皮2面板与腹板连接区域增设复合材料弧形过渡区2e，以减小连接处应力集中；所述芯材3为功能型材料，芯材3表面与筋材表面平行，其底部与壳板4直接连接；芯材3与壳板4一体真空成型或者粘接成型，便于外部缠绕复合材料布。
为保证结构性能，在实际实施过程中，较优的是，使蒙皮过渡区2a顶部宽度D1大于芯材3的最大宽度D2，复合材料预制体1与芯材3组合结构的截面形状为T型或蘑菇状。芯材3使用吸声型材料或透声型材料或耐火性材料；并通过预先加工制造或者采用浇铸成型。
所述折边区蒙皮2d尺寸应满足：最小搭接宽度b1＝0.2h或50mm，取两者中的较大者；h为芯材3高度，折边区域与复合材料壳板4采用胶接或胶螺混合连接方式。所述复合材料壳板4采用夹层板，或者层合板。
整体筋材的中性轴需与壳板型线保持一致。所述复合材料预制体1一次真空成型，或者手糊成型。同时功能型复合材料新型帽型筋材末端做削斜处理，削斜后表面缠绕与表层相同的复合材料布。
以下以具体实施方案来说明本申请的实际应用方法：
实施方案1：
参见图1，复合材料预制体1采用T700层合板打磨，蒙皮2采用T700/350树脂单向布缠绕，芯材3采用低密度透声浮力材料，壳板4为碳纤维增强浮力材料夹层板，复合材料预制体1与芯材3打磨成型，使用环氧树脂粘接，蒙皮2真空成型。
制作前将预制体1和芯材3用打磨光顺，预制体1与芯材3胶接后，作为模具，分别在0/90度区域、45度区域缠绕响应的T700单向布，在过渡区，先缠绕0/90单向布，在缠绕45度，最后使其与45度区域蒙皮相接，最后注入350环氧树脂，固化后，蒙皮2外表面打磨平整。
实施例2：
参见图2，复合材料预制体1采用T700层合板打磨，蒙皮2采用T700/350树脂单向布缠绕，芯材3采用吸声材料，壳板4为玻璃纤维层合板，复合材料预制体1与芯材3打磨成型，使用环氧树脂粘接，蒙皮2手糊成型。
制作前将预制体1和芯材3用打磨光顺，芯材顶部与底部两端进行倒圆角处理，预制体1与芯材3胶接后，作为模具，缠绕0/90单向布，由于蒙皮铺层方式均为0/90，不再设置过渡区，然后在芯材顶部与底部两端3-4填充柔性树脂，最后使用350环氧树脂胶接，固化后，蒙皮2外表面打磨平整。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述复合材料新型帽型筋材包括竖直设置在壳板(4)上的芯材(3)、设于芯材(3)顶部的复合材料预制体(1)、设置于复合材料新型帽型筋材外部的材料复合材料蒙皮(2)；
所述材料复合材料蒙皮(2)根据其位置不同分为：
①设于复合材料预制体(1)顶部及组右侧的0/90°铺层区蒙皮(2a)；②设于复合材料预制体(1)与芯材(3)连接部位及两侧，以及芯材(3)与壳板(4)连接部位及两侧的过渡区蒙皮(2c)；③设于芯材(3)左右侧位于过渡区蒙皮(2c)之间的45°铺层区蒙皮(2b)；④设于壳板(4)上，靠近芯材(3)与壳板(4)连接部并与该侧过渡区蒙皮(2c)连接的折边区蒙皮(2d)；
所述复合材料蒙皮(2)为纤维增强复合材料，所述复合材料蒙皮(2)面板与腹板连接区域增设复合材料弧形过渡区(2e)，以减小连接处应力集中；所述芯材(3)为功能型材料，芯材(3)表面与筋材表面平行，其底部与壳板(4)直接连接；芯材(3)与壳板(4)一体真空成型或者粘接成型，便于外部缠绕复合材料布。
2.根据权利要求1所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，蒙皮过渡区(2a)顶部宽度D1大于芯材(3)的最大宽度D2，复合材料预制体(1)与芯材(3)组合结构的截面形状为T型或蘑菇状。
3.根据权利要求1所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述芯材(3)为吸声型材料或透声型材料或耐火性材料；所述芯材(3)是预先加工制造或者采用浇铸成型。
4.根据权利要求1所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述复合材料蒙皮(2)所用纤维增强材料是指碳纤维、玻璃纤维，当复合材料蒙皮(2)存在不同铺层角度区域时需增加过渡区。
5.根据权利要求4所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述复合材料蒙皮(2)以及芯材(3)存在尖锐连接处设有圆角结构，复合材料蒙皮(2)与芯材(3)之间填充有柔性树脂。
6.根据权利要求4所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述折边区蒙皮(2d)尺寸应满足：
最小搭接宽度b1＝0.2h或50mm，取两者中的较大者；h为芯材(3)高度，折边区域与复合材料壳板(4)采用胶接或胶螺混合连接方式。
7.根据权利要求5所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述复合材料壳板(4)采用夹层板，或者层合板。
8.根据权利要求1所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，整体筋材的中性轴需与壳板型线保持一致。
9.根据权利要求1所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，所述复合材料预制体(1)一次真空成型，或者手糊成型。
10.根据权利要求1所述一种功能型复合材料新型帽型筋材结构，其特征在于，功能型复合材料新型帽型筋材末端做削斜处理，削斜后表面缠绕与表层相同的复合材料布。
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