[发明专利]一种纤维树脂基复合材料耐压壳体开孔补强密封结构

说明书

本发明公开了一种纤维树脂基复合材料耐压壳体开孔补强密封结构，由加强件、非标准密封挡圈和端盖组成；加强件通过压铸工艺整体成型，且与复合材料耐压壳体壁上的孔及孔周边壳体内表面通过高粘度环氧树脂胶粘接；非标准密封挡圈一端为曲面，一端为平面，曲面端与复合材料耐压壳体外表面完全贴合；端盖与加强件螺纹连接并对非标准密封挡圈平面端形成挤压接触；密封圈置于加强件端面密封槽内，通过端盖底部挤压与加强件端面形成轴向密封。耐压壳体开孔补强密封结构通过设计与壳体内壁贴合度好的加强件与壳体外壁贴合度好的非标准密封挡圈并增大接触面积，提高补强后整体结构强度，减小补强后孔边应力；其拆装方便，适用范围广。

技术领域

本发明涉及复合材料耐压壳体结构设计与制造技术，具体地说，涉及一种纤维树脂基复合材料耐压壳体开孔补强密封结构。

背景技术

为了满足海洋环境监测、资源探勘、军事安全诸多不同任务需求，大潜深、轻量化正在成为水下航行器(AUV)的重要发展方向。耐压壳体是水下潜航器的核心部件，必须具有足够的强度和稳定性，从而保护其内部仪器、设备、电子元器件等，防止它们受到海水压力而损坏。除此之外，在大潜深条件下耐压壳体还必须满足轻量化的要求，从而提高水下航行器的有效负载。与传统金属材料如高强度钢、铝合金、钛合金等相比，纤维树脂基复合材料密度低、重量小、强度高，在满足结构强度和稳定性要求下，纤维树脂基复合材料耐压壳体与金属材料耐压壳体相比可减重40％～50％，可以大大提高水下潜航器的有效负载。此外纤维复合材料耐压壳体还具有很好的耐腐蚀性、抗疲劳特性、减振降噪特性，特别适用于大潜深水下航行器大负载设计要求。

复合材料具有高的比强度、比模量，可设计性强的特点。由于轻量化设计的要求，水下航行器采用复合材料设计，可以大幅度减轻结构重量，提高机体的综合性能，增加任务载荷，提高续航时间。

在耐压壳体结构设计中，为了方便更换耐压壳体内部电子元器件或者方便后期维修，往往需要在耐压壳体上进行开孔。然而复合材料耐压壳体开孔面临很大挑战；一方面开孔导致纤维不连续，大大降低了开孔位置处的强度，需要设计补强结构进行补强，同时还必须注意降低孔周围结构局部应力；另一方面开孔及补强处的密封也十分关键，耐压壳体开孔后孔边是异形曲面，使得补强后的密封变得非常困难。

发明专利201910552022.1“一种开孔复合材料封头的密封结构及方法”提出一种复合材料壳体密封结构，但是这种密封结构是永久性密封，无法拆卸，也无法满足经常更换电子元器件或维修的需求。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种纤维树脂基复合材料耐压壳体开孔补强密封结构；该复合材料耐压壳体开孔补强密封结构通过设计与壳体内壁贴合度好的加强件底板、与壳体外壁贴合度好的非标准密封挡圈并增大其接触面积，提高补强后整体结构强度，减小补强后孔边应力，使补强后整体结构的受力更加均匀；克服了补强后孔边纤维复合材料容易发生分层失效及密封结构不可拆卸的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括复合材料耐压壳体、加强件、非标准密封挡圈、端盖、密封圈、底板、围壁和环氧树脂胶，其特征在于:所述加强件与复合材料耐压壳体在孔与孔周边壳体内表面，通过高粘接强度环氧树脂胶粘接固连；非标准密封挡圈位于端盖下部，与复合材料耐压壳体孔周边壳体外表面贴合，端盖与加强件螺纹连接，且对非标准密封挡圈平端面形成挤压接触，密封圈置于加强件上端部密封槽内，通过端盖底部与加强件端面挤压形成轴向密封；