[发明专利]碳纤维复合材料接头水压试验工装及其结构设计方法

说明书

本发明提供一种碳纤维复合材料接头水压试验工装及其结构设计方法，该工装包括底架、前盖板、腔体、后盖板和吊环，底架上设有后盖板，腔体设于前盖板与后盖板间，后盖板通过下连接螺栓与腔体的下端连接，前盖板通过上连接螺栓与腔体的上端连接，前盖板、腔体、后盖板共同形成内室，内室内设有碳纤维复合材料接头，前盖板端面及侧面、腔体底面及与接头接触内壁上设有密封槽；该种碳纤维复合材料接头水压试验工装，通过设置前盖板、腔体、后盖板来形成内室，并将碳纤维复合材料接头通过连接螺栓固定在内室内进行试验，用于碳纤维复合材料接头性能的评价与验证。本发明能够保证试验结果的准确性，结构设计合理，便于使用。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料接头水压试验工装及其结构设计方法。

背景技术

复合材料压力容器由于具有重量轻、比强度、比模量高、耐腐蚀、可靠性高、失效模式安全、制造周期短、寿命长等一系列优点，已成为提高固体火箭发动机性能的决定性因素。而新型航天飞行器对材料的高效能、低成本、长寿命、高可靠性的要求，进一步推动了固体发动机壳体全复合材料化的发展，不仅仅包括发动机壳体的复合材料化，也包括接头的复合材料化。

目前，成熟的设计技术是基于金属接头和复合壳体组合，还未见全复合材料压力容器的设计方法，针对压力容器及其零部件性能评价验证，普通压力容器的评价验证主要是通过水压爆破的方法，已经比较完善；而对于全复合材料压力容器接头的验证方法目前尚未有相关研究报道，需要对其进行重点研究。本发明提供了一种碳纤维复合材料接头水压试验工装及其结构设计方法，用于碳纤维复合材料接头性能的评价与验证。

发明内容

为了克服全复合材料压力容器接头的验证难题，本发明提供一种碳纤维复合材料接头水压试验工装及其结构设计方法。

本发明的技术解决方案是：

一种碳纤维复合材料接头水压试验工装，包括底架、前盖板、腔体、后盖板和吊环，底架上设有后盖板，腔体设于前盖板与后盖板间，后盖板通过下连接螺栓与腔体的下端连接，前盖板通过上连接螺栓与腔体的上端连接，前盖板、腔体、后盖板共同形成内室，内室内设有碳纤维复合材料接头，前盖板通过顶部连接螺栓连接碳纤维复合材料接头，前盖板与碳纤维复合材料接头接触的端面密封槽内设有第一密封件，前盖板与碳纤维复合材料接头接触的侧面密封槽内设有第二密封件，腔体与碳纤维复合材料接头接触的内壁密封槽内设有第三密封件，腔体与后盖板接触的底面密封槽内设有第四密封件，前盖板中心处设有吊环。

进一步地，第一密封件与第二密封件、第三密封件、第四密封件结构相同，第一密封件包括密封槽和O形密封圈，O形密封圈设于密封槽内。

进一步地，密封槽采用矩形截面密封槽。

进一步地，腔体采用半椭球形腔体。

进一步地，前盖板设有若干走线口，走线口均匀环向设置。

一种上述任一项所述碳纤维复合材料接头水压试验工装的结构设计方法，包括以下步骤，

S1、根据输入条件，确定所设计水压试验工装结构承受的载荷工况；

S2、基于碳纤维复合材料接头理论外形及固体火箭发动机金属壳体设计原理，设计试验工装腔体形状及壁厚，初步确定腔体结构尺寸；

S3、根据腔体及接头结构初步确定前盖板和后盖板结构的参数，包括直径、厚度；

S4、基于固体火箭发动机壳体连接螺栓设计理论，计算前盖板与碳纤维复合材料接头、腔体与后盖板的连接螺栓的直径与数量，并选型；

S5、确定前盖板与碳纤维复合材料接头、腔体与碳纤维复合材料接头、腔体与后盖板间的密封件，基于壳体密封结构设计原理计算密封件尺寸并选型，然后计算密封槽尺寸；