[实用新型]船用金属与夹芯复合材料混合连接结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及船舶复合材料应用和船舶轻量化领域，主要针对轻量化-多功能复合材料上层建筑与金属主船体之间的连接区域，适用于参与总纵弯曲的大型上层建筑。

背景技术

目前金属船舶的上层建筑材料普遍采用船用钢或铝合金，船舶在复杂的海洋环境中运行，上层建筑会受到波浪载荷、重物集中载荷、武器发射时的作用力(舰船)、核爆炸冲击载荷(舰船)、风载、波浪抨击载荷等，船体上层建筑存在强度、刚度、稳定性、疲劳等问题，尤其是在上层建筑底部与主船体的连接区域，作为船舶整体结构的薄弱环节，由于几何形式和材料特性的双重突变，存在明显的应力集中，容易导致局部结构强度损伤和疲劳破环，从而影响船舶整体结构的可靠和安全，降低船舶寿命。

为了解决复合材料上层建筑与金属主船体之间的刚度匹配、强度损伤以及疲劳破坏等问题，实现不同材料结构之间的有效连接。设计不同形式的连接结构，实现金属主船体与复合材料上层建筑的有效搭配，以满足船舶轻量化-多功能的发展需求。比较典型的船舶实例有法国拉斐特护卫舰，在钢质主船体上设计夹芯复合材料机库，在提高舰船隐身性的同时，减小结构重量，提升航速；美国的朱姆沃尔特级驱逐舰设计夹芯复合材料集成上层建筑结构，来增强舰船的隐身性，减轻上层建筑的结构重量，同时降低重心、提高平台稳定性。实践表明，夹芯复合材料所特有的轻质、高强、无磁、透波/吸波等特性，能够满足未来舰船在隐身、减重等方面的发展需求；复合材料耐化学腐蚀、抗疲劳等特性也较传统金属材料更适用于舰船的运行环境。此外，船舶减重意味着有效载荷增加、油耗降低、排放减少，尤其上层建筑减重还可以降低重心，提高稳性。这也符合绿色船舶的发展趋势，呼应了节能减排的社会主题。因此，使用夹芯复合材料是未来船舶上层建筑设计的一个发展方向。基于上述原因提出夹芯复合材料上层建筑搭配金属主船体的创新设计模式。但是考虑到夹芯复合材料与金属板材各自不同的固有属性和受力特征，二者在连接时存在技术难度，为此急需设计制造一种轻质、高强、安全、可靠、制造简单，并且能有效满足工程应用要求的连接结构。

实用新型内容

本申请人针对上述现有夹芯复合材料上层建筑与金属主船体之间的有效连接问题，进行了改进优化，提供一种结构合理、制造简便的船用金属与夹芯复合材料混合连接结构，具有可靠性好、连接强度高、制造方便的优点。

本实用新型所采用的技术方案如下：

船用金属与夹芯复合材料混合连接结构，包括分散填充芯材(上层建筑主体芯材和连接区芯材)、L形金属板，以及按照由内至外的顺序覆盖在分散填充芯材和L形金属板端面的胶层以及纤维增强复合材料蒙皮；所述L形金属板的一端预埋入所述分散填充芯材的内部，另一端伸出与所述胶层及纤维增强复合材料蒙皮双搭接，并与金属甲板进行传统方式的连接；所述胶层及复合材料蒙皮向上延伸并覆盖至夹芯复合材料上层建筑的主体芯材的内外端面。机械连接螺栓以双排或多排形式固定于L形金属板与纤维增强复合材料蒙皮的双搭接区域。

其进一步技术方案在于：

所述复合材料蒙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单向织物、平面织物和其他三向织物；

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，上述纤维选自碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维或以上三种纤维中的任意一种；

所述分散轻量化填充芯材可以为轻木芯材(Balsawood)、聚氯乙烯(PVC)泡沫、丙烯睛-苯乙烯(SAN)、泡沫聚氨酷(PU泡沫)和聚甲基丙烯酸亚胺(PMI)泡沫芯材材料中的任意一种；

所述胶层的材料为乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及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乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及酚醛树脂中的任意一种；

所述预浸基体树脂为乙烯基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及酚醛树脂中的任意一种；

所述机械连接螺栓选自普通的船用金属螺栓。

本实用新型的有益效果如下：