[发明专利]一种复合材料夹层圆柱壳结构的制作工艺

说明书

本发明公开了一种复合材料夹层圆柱壳结构的制作工艺。其圆柱壳结构由内向外依次为内衬层、内结构层、夹层结构、外结构层；内衬层、内结构层、外结构层均采用树脂基复合材料以传统缠绕工艺制作；所述夹层结构为上下两条薄片采用分割块间隔后形成骨架结构，缠绕在内结构层上制作而成。还包括在骨架结构上采用树脂基复合材料进行环向缠绕形成缠绕结构。本发明片‑块‑片的骨架结构允许上下薄片之间相互错动，更容易缠绕到管道上。缠绕结构和内外结构层采用同种材料制作，可以有效的结合在一起，避免了界面问题。由于骨架结构为中空结构，在提高圆柱壳结构壳壁厚度的同时可以极大降低材料用量，减小结构自重，从而实现提高刚度降低成本的目的。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料夹层圆柱壳结构及其制作方法。

背景技术

目前，树脂基复合材料制作的各类圆柱壳结构如管道、储罐等具有轻质高强、耐腐蚀等显著优势，比传统的混凝土材料和金属材料制作的圆柱壳结构拥有更加优异的力学性能，但由于树脂基复合材料自身弹性模量较低，导致其结构刚度偏低，在外荷载的作用下容易产生较大的变形。如常用的树脂基复合管道(玻璃钢管)如果刚度不够将会导致大的径向变形进而出现破坏，导致严重的工程事故发生。如果想提高刚度，常用的方法有两种，一种是单纯的增加壁厚，这样势必会大大增加材料成本；另外一种方法就是采用夹层结构。夹层结构能够在保持经济性的同时提高结构截面惯性矩从而提高结构刚度，复合材料夹层板材结构已经在各行业得到应用，包括航空航天上应用的蜂窝结构也是一种夹层结构。但当前的夹层结构主要应用于板材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高刚度、低成本、易于实现的复合材料夹层圆柱壳结构制作工艺。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

复合材料夹层圆柱壳结构的制作工艺，其圆柱壳结构由内向外依次为内衬层、内结构层、夹层结构、外结构层；内衬层、内结构层、外结构层均采用树脂基复合材料以传统缠绕工艺制作；所述夹层结构为上下两条薄片采用分割块间隔后形成骨架结构，缠绕在内结构层上制作而成。

按上述方案，还包括在骨架结构上采用树脂基复合材料进行环向缠绕形成缠绕结构。

按上述方案，上下两条薄片为带状结构或网状结构，材质为金属材料、高分子材料或复合材料；其形状和材质相同或者不同，宽度相同。

按上述方案，所述分割块为空心或者实心结构；截面包括圆形、多边形、工字型；宽度不大于上下薄片的宽度；材质为金属材料、高分子材料或复合材料。

按上述方案，所述分割块自由夹持在两块薄片之间，或者粘接在其中一块薄片上；缠绕制作夹层结构时，上下薄片的相对位置能够自由错动。

本发明相对于现有技术有益效果如下：

本发明片-块-片的骨架结构允许上下薄片之间相互错动，更容易缠绕到管道上。

缠绕结构和内外结构层采用同种材料制作，可以有效的结合在一起，避免了界面问题。

由于骨架结构为中空结构，在提高圆柱壳结构壳壁厚度的同时可以极大降低材料用量，减小结构自重，从而实现提高刚度降低成本的目的。

附图说明

图1：本发明复合材料夹层圆柱壳结构壳壁示意图；

图2：单层骨架夹层结构纵剖面示意图；

图3：双层骨架夹层结构纵剖面示意图；

图4：制备系统示意图；

图5：夹层结构制作示意图；

图6：骨架结构制作及缠绕示意图；