一种复合材料板筋一体化连接结构的制作方法

本申请属于水面或水下复合材料板筋连接结构技术领域，尤其涉及一种复合材料板筋一体化连接结构。

背景技术：

随着先进复合材料技术的不断发展与舰艇减振降噪功能性要求的不断提高，先进复合材料在舰艇结构中应用日益广泛，复合材料加筋壁板是现代舰艇复合材料结构最常见典型结构形式。

复合材料加筋壁板结构一般是由主体结构和加强筋通过一定方式连接而成。主体结构一般为复合材料壳板，壳板可为平板或曲板，结构形式比较单一，但对于加强筋而言，为了满足不同的需要，工程应用的加筋结构形式比较多，目前，最常见且应用最多的加强筋主要有t型筋材和帽形筋材两种形式，对于t型筋材而言，t型筋条结构最简单，重量轻，模块加工方便，固化后便于脱模，容易成形，但惯性矩低，筋条容易总体失稳，不适用于承载比较大的导流罩结构；帽形筋材切面尺寸较大，其两边与蒙皮相连形成一个闭合剖面，具有很高的受压稳定性，可以承受重载，不同程度地增加了构件的扭转稳定性和提高了屈曲强度。但帽形筋材透声插入损失较大，对导流罩结构透声性能产生严重影响。

技术实现要素：

本申请的目的在于，在满足板筋连接结构强度、刚度、稳定性要求的前提下，提供一种具有更好的透声性能的复合材料板筋一体化连接结构。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种复合材料板筋一体化连接结构，包括复合材料壳板1和复合材料镂空筋材2；

所述复合材料壳板1为平板或曲面板，所述复合材料镂空筋材2为桁架式镂空结构，其形状随复合材料壳板变化而变化；

复合材料镂空筋材2包括复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2、设置于复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2上方的复合材料镂空筋材上端部2-1、设置于复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2下方的复合材料镂空筋材下端部2-3；

所述复合材料镂空筋材上端部2-1、复合材料镂空筋材下端部2-3与所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2分别采用缝合工艺连接，复合材料镂空筋材2通过第一次真空成型形成复合材料镂空筋材；

所述复合材料镂空筋材下端部2-3与所述复合材料壳板1采用缝合工艺连接，并通过第二次真空成型使所述复合材料壳板1和所述复合材料镂空筋材2形成一体化板筋连接结构。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，所述复合材料镂空筋材上端部2-1为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料，所述复合材料镂空筋材上端部2-1正上方表层铺设有第一玻璃钢缝合薄板3-1，所述第一玻璃钢缝合薄板3-1为预制体，厚度为0.5mm～5mm，所述第一玻璃钢缝合薄板3-1采用手糊成型工艺或真空成型工艺制备；

所述第一玻璃钢缝合薄板3-1形状为长条状，或者与所述复合材料镂空筋材上端部2-1和所述复合材料镂空筋材支撑结构2-2接触区域一致的形状；

所述第一玻璃钢缝合薄板3-1进行开孔处理，开孔位于复合材料镂空筋材上端部2-1和复合材料镂空筋材支撑结构2-2接触区域，开孔直径为0.5mm～2mm。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料制备，并沿所需方向单向铺成三角波形结构，三角波形结构的波峰分别与所述复合材料镂空筋材上端部2-1连接，波谷分别与复合材料镂空筋材下端部2-3缝合连接；波峰和波谷所在处为平面以可与复合材料镂空筋材贴合，波沿呈30°～60°倾斜直线；

在所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2与复合材料镂空筋材上端部2-1接触区域，所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2正下方表层铺设有第二玻璃钢缝合薄板3-2；

此处第二玻璃钢缝合薄板3-2、复合材料镂空筋材上端部2-1以及复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2的波峰处采用缝合线4-1进行缝合；

所述缝合线4-1为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，所述缝合线4-1的直径、缝合密度与第二玻璃钢缝合薄板3-2上的开孔相匹配；所述缝合线4-1缝合方式为链式、锁式和临缝，或者采用单针单线缝合；所述单针单线缝合具体是指先沿筋材长度方向，按照预制缝合板开孔情况连续缝合，然后按照筋材宽度方向再次连续缝合。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，所述复合材料镂空筋材下端部2-3为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料，所述复合材料镂空筋材下端部2-3宽度大于复合材料镂空筋材上端部2-1，所述复合材料镂空筋材下端部2-3正下方表层铺设有第四玻璃钢缝合薄板3-4。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，在所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2与复合材料镂空筋材下端部2-3接触区域，复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2正上方表层铺设有第三玻璃钢缝合薄板3-3。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，在各玻璃钢缝合薄板、复合材料镂空筋材上端部、复合材料镂空筋材桁架式支撑结构、复合材料镂空筋材下端部完成缝合后；采用一体化真空成型工艺形成所述复合材料镂空筋材。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，在所述复合材料镂空筋材一体固化完成后，对复合材料镂空筋材下端部两侧对称切割、打磨，切割、打磨高度为复合材料镂空筋材下端部厚度的1/3-2/3；在复合材料镂空筋材下端部被切割、打磨后，其切割、打磨部位宽度与复合材料镂空筋材桁架式支撑结构宽度一致。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，在所述复合材料镂空筋材一体固化完成后，对复合材料镂空筋材下端部两侧对称切割、打磨，切割、打磨高度为复合材料镂空筋材下端部厚度的1/3-2/3；

在复合材料镂空筋材下端部切割、打磨后，对宽度超出复合材料镂空筋材桁架式支撑结构宽度部位的两侧区域进行开孔处理，该区域开孔密度小于玻璃钢缝合薄板密度，以减少因开孔导致两侧区域产生的损伤；

在所述复合材料镂空筋材下端部两侧宽度超出部位正上方表层铺设多层纤维织物，形成复合材料加强结构5，在加强结构5上表面铺设有第五玻璃钢缝合薄板3-5，所述第五玻璃钢缝合薄板厚度为1-3mm。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，在所述复合材料镂空筋材下端部下表面铺设有纤维织物，形成板筋连接过渡结构6。

对前述复合材料板筋一体化连接结构的进一步改进和优化，在所述板筋连接过渡结构6下表面铺设纤维织物形成复合材料壳板1；

所述复合材料壳板1分两次铺设制备，第一次铺设纤维织物厚度最多占所述复合材料壳板1总厚度的1/2，然后在在铺设完成的纤维织物下表层、复合材料镂空筋材下端部两侧宽度超出部位正下方铺设第六玻璃钢缝合薄板3-6；

在第一次铺设纤维织物和所述第六玻璃钢缝合薄板3-6之后；在第一次铺设纤维织物和风和薄板下方进行第二次纤维织物铺设，最后将第五玻璃钢缝合薄板3-5、加强结构5、复合材料筋材2、板筋连接过渡结构6、第一次铺设的纤维织物及其下方的第六玻璃钢缝合薄板3-6、第一次铺设的纤维织物进行第二次真空成型，实现将复合材料筋材和壳板一体化缝合连接；

第一次和第二次真空成型所用树脂为具有良好的粘接强度、流动性的乙烯基脂树脂或者环氧树脂。

其有益效果在于：

本申请的复合材料板筋一体化连接结构，其优势主要表现在：

1通过在筋材腹板区域设置镂空结构，在减轻结构的同时，有效提高结构的透声性能；

2通过板材和筋材一体缝合和真空成型工艺，提高板材和筋材连接区域以及筋材结构本身的强度和刚度特性；

3通过在缝合区域设置缝合玻璃钢薄板预制体，有效提高缝合工艺稳定性，进而有利于保证连接结构强度和刚度特性。

附图说明

图1是复合材料板筋一体化连接结构的主视图；

图2是复合材料板筋一体化连接结构的结构示意图一。

图3是复合材料板筋一体化连接结构的结构示意图二。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作详细说明。

本申请的一种复合材料板筋一体化连接结构，主要适用于透声性、稳定性以及承载能力要求较高的舰艇用复合材料声纳导流罩结构。

现有技术中，为了满足舰船工程需求以及控制成本，一般采用各类t型或者帽型筋材来加工制作，导致前述导流罩结构要么强度低、稳定性差、无法在高压冲击频发的复杂环境中应用，要么虽然强度足够高、稳定性足够好，但整体结构质量大、透声性差，导致声纳发射和接收信号的效率大幅降低，不能及时发现敌人，对舰艇战斗力和生命力产生重要影响。因此，本申请为供了一种具有优秀透声性能，同时自身强度和刚度等系数好，能够使用复杂使用环境以及各项技术要求的复合材料板筋一体化连接结构。

如图1、图2、图3所示，本申请的复合材料板筋一体化连接结构主要包括复合材料壳板1和复合材料镂空筋材2；其中，图1、2仅用于作为示意，仅使用了一个复合材料壳板1和复合材料镂空筋材2的组合，在实际使用过程中，一般由多个前述结构进行组合搭配使用，以使构成的结构和壳体具有多种形态满足相应的结构设计要求。

其中，复合材料壳板1为平板或曲面板图中仅绘制了平面板结构，所述复合材料镂空筋材2为桁架式镂空结构，其形状随复合材料壳板变化而变化；桁架式镂空筋材在保证足够的强度、刚度以及稳定性的前提下具有良好的透声性能，同时有效降低了筋材的整体质量、材料用量以及加工工艺；

复合材料镂空筋材2包括复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2、设置于复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2上方的复合材料镂空筋材上端部2-1、设置于复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2下方的复合材料镂空筋材下端部2-3；

一般的，本申请中所述复合材料主要是指由多层玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料经过缠绕、加固、压紧等传统复合材料加工工工艺制得，并根据其具体的长条形、平板形等相应形状进行加工而成，复合材料的基本加工和生产工艺属于较为成熟的工艺技术，在此不予赘述。

为保证复合材料镂空筋材与复合材料镂空筋材桁架式支撑结构之间连接的稳定性，保证连接面的技术指标门族需求，本申请中所述复合材料镂空筋材上端部2-1、复合材料镂空筋材下端部2-3与所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2分别采用缝合工艺连接，复合材料镂空筋材2通过第一次真空成型形成复合材料镂空筋材；

所述复合材料镂空筋材下端部2-3与所述复合材料壳板1采用缝合工艺连接，并通过第二次真空成型使所述复合材料壳板1和所述复合材料镂空筋材2形成一体化板筋连接结构。

本实施例中，所述复合材料镂空筋材上端部2-1为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料，所述复合材料镂空筋材上端部2-1正上方表层铺设有第一玻璃钢缝合薄板3-1，所述第一玻璃钢缝合薄板3-1为预制体，厚度为0.5mm～5mm，所述第一玻璃钢缝合薄板3-1采用手糊成型工艺或真空成型工艺制备；

所述第一玻璃钢缝合薄板3-1形状为长条状，或者与所述复合材料镂空筋材上端部2-1和所述复合材料镂空筋材支撑结构2-2接触区域一致的形状；

所述第一玻璃钢缝合薄板3-1进行开孔处理，开孔位于复合材料镂空筋材上端部2-1和复合材料镂空筋材支撑结构2-2接触区域，开孔直径为0.5mm～2mm。

基于此处以及后文中的各玻璃钢缝合薄板，能够在缝合后对各部件的接触面施加压力，保证连接面的稳定性，保证连接面受力均衡，在使用过程中，保证各处应力平衡，避免单点承压，同时防止缝合线直接对复合材料镂空筋材、复合材料壳板等结构造成切割等不利影响，进一步提高结构的稳定性，延长其使用寿命；

为了保证复合材料镂空筋材桁架式支撑结构能够与上下侧端部稳定接触，保证其在承压过程中均匀受力，本申请中所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料制备，并沿所需方向单向铺成三角波形结构，三角波形结构的波峰分别与所述复合材料镂空筋材上端部2-1连接，波谷分别与复合材料镂空筋材下端部2-3缝合连接；波峰和波谷所在处为平面以可与复合材料镂空筋材贴合，波沿呈30°～60°倾斜直线；

进一步地，为保证，波峰波谷与相应结构之间的连接强度和稳定性，在所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2与复合材料镂空筋材上端部2-1接触区域，所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2正下方表层铺设有第二玻璃钢缝合薄板3-2；第二玻璃钢缝合薄板3-2、复合材料镂空筋材上端部2-1以及复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2的波峰处采用缝合线4-1进行缝合；

所述缝合线4-1为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，所述缝合线4-1的直径、缝合密度与第二玻璃钢缝合薄板3-2上的开孔相匹配；所述缝合线4-1缝合方式为链式、锁式和临缝，或者采用单针单线缝合；所述单针单线缝合具体是指先沿筋材长度方向，按照预制缝合板开孔情况连续缝合，然后按照筋材宽度方向再次连续缝合。

所述复合材料镂空筋材下端部2-3为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料，所述复合材料镂空筋材下端部2-3宽度大于复合材料镂空筋材上端部2-1，所述复合材料镂空筋材下端部2-3正下方表层铺设有第四玻璃钢缝合薄板3-4。

在所述复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2与复合材料镂空筋材下端部2-3接触区域，复合材料镂空筋材桁架式支撑结构2-2正上方表层铺设有第三玻璃钢缝合薄板3-3。

在各玻璃钢缝合薄板、复合材料镂空筋材上端部、复合材料镂空筋材桁架式支撑结构、复合材料镂空筋材下端部完成缝合后；采用一体化真空成型工艺形成所述复合材料镂空筋材。

在所述复合材料镂空筋材一体固化完成后，对复合材料镂空筋材下端部两侧对称切割、打磨，切割、打磨高度为复合材料镂空筋材下端部厚度的1/3-2/3；在复合材料镂空筋材下端部被切割、打磨后，其切割、打磨部位宽度与复合材料镂空筋材桁架式支撑结构宽度一致。

在所述复合材料镂空筋材一体固化完成后，对复合材料镂空筋材下端部两侧对称切割、打磨，切割、打磨高度为复合材料镂空筋材下端部厚度的1/3-2/3；

在复合材料镂空筋材下端部切割、打磨后，对宽度超出复合材料镂空筋材桁架式支撑结构宽度部位的两侧区域进行开孔处理，该区域开孔密度小于玻璃钢缝合薄板密度，以减少因开孔导致两侧区域产生的损伤；

进一步地，为满足部分结构对强度以及其他特性的进一步要求，以增强强度和刚度等，本实施例中，在复合材料镂空筋材下端部两侧宽度超出部位正上方表层铺设多层纤维织物，形成复合材料加强结构5，在加强结构5上表面铺设有第五玻璃钢缝合薄板3-5，所述第五玻璃钢缝合薄板厚度为1-3mm。

作为一种优选方案，各钢缝合薄板采用0.5mm厚，开孔直径r＝0.5mm的设置；

在所述复合材料镂空筋材下端部下表面铺设有纤维织物，形成板筋连接过渡结构6。

在所述板筋连接过渡结构6下表面铺设纤维织物形成复合材料壳板1；复合材料壳板1的制成工艺步骤如下：

所述复合材料壳板1分两次铺设制备，第一次铺设纤维织物厚度最多占所述复合材料壳板1总厚度的1/2，然后在在铺设完成的纤维织物下表层、复合材料镂空筋材下端部两侧宽度超出部位正下方铺设第六玻璃钢缝合薄板3-6；

在第一次铺设纤维织物和所述第六玻璃钢缝合薄板3-6之后；在第一次铺设纤维织物和风和薄板下方进行第二次纤维织物铺设，最后将第五玻璃钢缝合薄板3-5、加强结构5、复合材料筋材2、板筋连接过渡结构6、第一次铺设的纤维织物及其下方的第六玻璃钢缝合薄板3-6、第一次铺设的纤维织物进行第二次真空成型，实现将复合材料筋材和壳板一体化缝合连接；

为保证每次真空成型过程中的有效性，以及保证成型质量，各真空成型所用树脂为具有良好的粘接强度、流动性的乙烯基脂树脂或者环氧树脂。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。