[发明专利]复合材料上层建筑与钢质船体的连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及船舶复合材料应用领域，尤其涉及一种应用于船舶的夹芯复合材料上层建筑与钢质船体的连接结构。

背景技术

目前钢质船舶的上层建筑材料普遍采用钢或铝，船舶在周期性波浪力的作用下，船体上层建筑易产生疲劳破坏，尤其是在上层建筑的前后两端与主船体的连接处，由于受到严重的局部交变载荷从而诱发持久的疲劳裂纹，从而缩短船舶的有效使用寿命。

 为了改善钢或铝上层建筑的连接疲劳寿命问题，采用轻型的夹芯复合材料结构设计船舶上层建筑成为研究和应用的热点。在传统钢质船舶上采用夹芯复合材料结构建造上层建筑，国外已有应用的先例，典型的如美国海军新型的大型驱逐舰“DDG-1000”、法国海军“La Fayette”级护卫舰的上层建筑等均采用了先进的夹芯复合材料结构。利用夹芯复合材料与钢弹性模量不匹配的特性（船用玻璃纤维增强复合材料的弹性模量仅仅只有钢弹性模量的10%～15%左右），可以有效减轻上层建筑与船体甲板连接处的应力集中，提高连接疲劳强度。同时利用夹芯复合材料比强度、比刚度比钢、铝大得多的优势，能有效的减轻上层建筑结构的重量，降低船舶重心高度，提高船舶稳性以及快速性。利用夹芯复合材料结构中纤维增强复合材料的可设计性以及芯材的隔声特性，使得夹芯复合材料上层建筑还兼具隔声、隐身等传统材料难以取得的性能，因此使用夹芯复合材料结构是未来船舶上层建筑设计的一个发展方向。基于上述原因可以设计出一种新型的复合船体，即上层建筑为夹芯复合材料，主船体仍为传统钢板料。但是夹芯复合材料与钢板料为两种完全不同性质的材料，二者的结合处存在一定的技术难度，迫切需要设计并制造一种连接强度高、可靠性强、制造方便的连接结构。

发明内容

本申请人针对上述现有夹芯复合材料与钢板料船体无法直接连接的问题，进行了研究改进，提供一种结构合理、制造方便的复合材料上层建筑与钢质船体的连接结构，具有可靠性好、连接强度高、制造方便的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

复合材料上层建筑与钢质船体的连接结构，包括填充芯材、钢板，以及按照由里至外顺序覆盖在填充芯材、钢板端面的粘结层及复合材料表皮；所述钢板的一端伸入所述填充芯材的内部，另一端伸出所述粘结层及复合材料表皮并与钢质甲板连接；所述粘结层及复合材料表皮向上延伸至覆盖复合材料上层建筑母体芯材的端面。

其进一步技术方案在于：

所述复合材料表皮采用纤维增强树脂基复合材料，所述纤维增强树脂基复合材料中的纤维形式可以采用平面织物、单向布、缝编毡及各种三向织物或其组合的任意一种，并且在上述纤维形式中可加入短切纤维毡或表面毡；

所述纤维增强树脂基复合材料为预浸基体树脂的纤维或未浸基体树脂的纤维中的任意一种，上述纤维选自玻璃纤维、碳纤维、连续玄武岩纤维、芳纶纤维或以上四种组合中的任意一种；

所述填充芯材可以为轻木芯材、聚氨酯（PU）泡沫、聚氯乙烯（PVC）泡沫、丙烯腈-苯乙烯(SAN)泡沫、聚醚酰亚胺(PEI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及聚甲基丙烯酰亚胺 (PMI)泡沫芯材材料中的任意一种；

所述粘结层4的材料为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂中的任意一种；

所述纤维增强树脂基复合材料的基体树脂选自不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂中的任意一种；

所述预浸基体树脂选自不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂中的任意一种。

本发明的有益效果如下：

本发明结构合理、连接强度高、制造方便，本发明与复合材料上层建筑母体结构一体成型，避免复合材料连接时通常需要采用二次粘结工艺带来的连接强度低的问题，大大提高了各结构连接的一致性及可靠性；将钢板引入到连接结构的设计中，使得连接结构可直接与钢质甲板进行焊接，克服船舶常用热固性树脂基复合材料无法直接与钢板焊接的问题，简化了制造工艺，有利于实船建造；本发明通过将钢板的一端伸入填充芯材内部，避免了在连接区最弱截面位置进行芯材与钢板的材料转变，由此引发该位置的应力集中进而削弱连接强度，同时填充芯材采用比母体芯材剪切强度及模量更高的材料，大大提高了本发明结构的弯曲性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是图1在A处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。