專利名稱：耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用在深海石油勘探、光纜鋪設(shè)、液壓系統(tǒng)、化工等領(lǐng)域的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，特別是涉及一種在硬質(zhì)鋁合金圓筒上外覆纖維增強(qiáng)熱固性樹脂構(gòu)成的輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體。本實(shí)用新型是對(duì)現(xiàn)行使用金屬材料或纖維增強(qiáng)工程塑料制造的耐液壓圓柱形薄壁殼體的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在高液壓下使用的傳感器或探測(cè)器的薄壁殼體必須耐高液壓、耐腐蝕。另外，這些殼體還必須質(zhì)輕，以提供足夠的浮力，使殼體能夠在其內(nèi)部搭載盡可能多的傳感部件或探測(cè)部件。
采用不銹鋼、鈦合金或防銹鋁作為這類耐壓薄壁殼體的材料時(shí)，殼體具有耐液壓性能好的優(yōu)點(diǎn)，但是他們質(zhì)量大、不耐腐蝕。由于不銹鋼比重為7.8g/cm3，所以不適宜作傳感器或探測(cè)器的小體積耐壓薄壁殼體。鈦合金成本及加工難度都很高，同時(shí)密度是4.8g/cm3，也不適宜作傳感器或探測(cè)器的小體積耐壓薄壁殼體。目前國(guó)內(nèi)這類薄壁殼體材料采用較多的是防銹鋁，但鋁是一種活潑金屬，不能承受腐蝕性液體長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，同時(shí)合金鋁的比重也大于2.7g/cm3。
防銹鋁作為耐壓薄壁殼體材料時(shí)的耐液壓性能，即導(dǎo)致殼體屈曲失穩(wěn)的靜液壓，稱作臨界壓力Pcr。設(shè)要求探測(cè)器用圓柱殼體承載6MPa的靜液壓，防銹鋁的彈性模量E＝70GPa；剪切模量G＝26.5GPa；泊松比γ＝0.3，0.55D/t<l/D≤2.1D/t]]>時(shí)封閉圓柱殼體的臨界壓力Pcr可由下列公式計(jì)算Pcr=2E(t/D)3+λ2/2{(t/D)23(1-γ2)[(4+λ2)2-7]+λ4(4+λ2)2}]]>這里，D為圓柱殼體的內(nèi)徑；t為圓柱殼體的壁厚；1為圓柱殼體的長(zhǎng)度。當(dāng)壁厚t＝2mm時(shí)，圓柱殼體的臨界壓力Pcr＝2.1MPa；當(dāng)壁厚t＝2.5mm時(shí)，臨界壓力Pcr＝3.5MPa；當(dāng)壁厚t＝3mm時(shí)，臨界壓力Pcr＝5.5MPa；當(dāng)壁厚t＝3.5mm時(shí)，臨界壓力Pcr＝10.5MPa。一般情況下，復(fù)合材料的安全系數(shù)取1.5。在圓柱殼體設(shè)計(jì)壁厚3.5mm時(shí)，防銹鋁制造的封閉圓柱形薄壁殼體穩(wěn)定，無(wú)屈曲失穩(wěn)。
纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料具有質(zhì)輕、耐腐蝕的特性，但不耐液壓。碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂曾作為一種替代防銹鋁的解決方案。碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂質(zhì)輕，抗腐蝕性能強(qiáng)并具有很高的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，但是碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的剪切模量低，在高液壓下會(huì)屈曲失穩(wěn)。
屈曲失穩(wěn)可以通過(guò)ANSYS有限元分析預(yù)測(cè)。首先，設(shè)碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺單向?qū)影宓臋C(jī)械性能如表1所示表1a碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺單向?qū)影宓臋C(jī)械性能
表1b碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺單向?qū)影宓臋C(jī)械性能
請(qǐng)參閱圖1所示，運(yùn)用ANSYS有限元分析程序，得到碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺制圓柱形薄壁殼體的有限元分析模型。此模型為一個(gè)一端封閉、壁厚為3.5mm的圓筒。在ANSYS有限元分析程序中，選用非線性復(fù)合材料單元Shell91，輸入表1中所列出的性能參數(shù)，進(jìn)行加載分析。取碳纖維的方向與圓筒軸線方向成+45度或者-45度角。碳纖維在每個(gè)方向上，共纏繞7層；每隔兩層，換一次碳纖維纏繞方向。
然后，選取ANSYS有限元分析程序的載荷選項(xiàng)，開(kāi)始有限元求解。在圓筒模型的外表面和模型封閉端的外表面，加載初始均布?jí)毫?MPa。為了使圓筒模型的筒壁在達(dá)到臨界載荷時(shí)發(fā)生屈服，又在圓筒模型外表面長(zhǎng)度方向的對(duì)稱面上找一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在此節(jié)點(diǎn)上，沿徑向施加一個(gè)200N的壓力作為干擾力，提取這個(gè)節(jié)點(diǎn)在徑向上產(chǎn)生的位移變化值，并提取圓筒模型開(kāi)口端某一節(jié)點(diǎn)的反力。
請(qǐng)參閱圖2所示，這樣可以得到徑向位移與載荷的關(guān)系。以被提取的反力為X坐標(biāo)軸、以被提取的徑向位移為Y坐標(biāo)軸。由于反力X和徑向位移Y是負(fù)值，所以反力和徑向位移數(shù)值增加的方向與坐標(biāo)軸的方向相反。圖2顯示，當(dāng)載荷因子逐漸增加到5.4MPa時(shí)，節(jié)點(diǎn)的徑向位移突然改變，整個(gè)圓柱殼體屈曲失穩(wěn)。碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺制造的圓柱殼體不能承受6MPa液壓。
因此，需要研制一種低密度、耐液壓(高剛度)和耐腐蝕的復(fù)合圓柱形薄壁殼體，使其更具有實(shí)用性。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有的探測(cè)器用圓柱殼體存在的缺陷，提供一種新的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其同時(shí)具有低比重，耐腐蝕和耐高液壓的特性，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其包括內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒以及在其外表面上外覆的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層。
本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可以采用以下的技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層，根據(jù)采用的纖維和樹脂的不同又分別設(shè)置為一層、二層、或者設(shè)置為三層。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒的外表面設(shè)有均勻細(xì)密的凹陷和凸起。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層采用的纖維是碳纖維或玻璃纖維；采用的樹脂是環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂或聚氨酯樹脂；其中與硬質(zhì)鋁合金圓筒相連接的一層是粘接過(guò)渡層，由碳纖維或玻璃纖維之中的一種纖維與上述四種樹脂之中的一種樹脂所構(gòu)成；在上述復(fù)合圓柱形薄壁殼體最外層的是防腐層，其由碳纖維或玻璃纖維之中的一種纖維與上述四種樹脂之中的一種樹脂所構(gòu)成；夾設(shè)在粘接過(guò)渡層與防腐層之間的是加強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體剛性的中間層。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒是由鋁鎂合金或鋁硅碳合金所構(gòu)成，并采用鑄造件。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的中間層，其根據(jù)采用的纖維和樹脂的不同種類又可設(shè)置為一層或一層以上層數(shù)；多層數(shù)的中間層采用纖維種類、纏繞方向和樹脂組成的漸變，調(diào)節(jié)層內(nèi)的應(yīng)力分布和層間粘接強(qiáng)度，增強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層的纖維束纏繞方向與硬質(zhì)鋁合金圓筒的軸線方向成+30至+60度角或者-30至-60度角，每纏繞一層或一層以上層數(shù)更換一次纖維纏繞方向，反復(fù)循環(huán)，直至設(shè)計(jì)厚度。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層，其包括的各個(gè)層面的厚度可以調(diào)節(jié)。
前述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其中所述的硬質(zhì)鋁合金圓筒內(nèi)層的厚度可以調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達(dá)到前述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型的主要技術(shù)內(nèi)容如下本實(shí)用新型是關(guān)于一種耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，該殼體是在硬質(zhì)鋁合金圓筒上外覆纖維增強(qiáng)熱固性樹脂構(gòu)成；其中內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒是經(jīng)由鑄造制成，通過(guò)機(jī)械加工達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸；纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層是由碳纖維或玻璃纖維加環(huán)氧樹脂，聚酰亞胺樹脂，酚醛樹脂或聚氨酯樹脂制成，通過(guò)多層纏繞，經(jīng)固化達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸；上述內(nèi)外層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在固化時(shí)產(chǎn)生層間預(yù)應(yīng)力，可增強(qiáng)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的整體剛性，提高其耐液壓能力；它的耐腐蝕能力可以通過(guò)改變所選用的樹脂種類和配方加以調(diào)節(jié)；其剛性和質(zhì)量可以通過(guò)分別或同時(shí)改變其硬質(zhì)鋁合金內(nèi)層和纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層的厚度加以調(diào)節(jié)；這樣的復(fù)合圓柱形薄壁殼體可作為傳感器或探測(cè)器的載體，用于高液壓、有腐蝕的環(huán)境。
借由上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1，本實(shí)用新型的硬質(zhì)鋁合金圓筒是經(jīng)鑄造而成，無(wú)焊縫、無(wú)內(nèi)應(yīng)力；管材壁厚均勻，圓度好，保證圓筒在受壓時(shí)筒的內(nèi)應(yīng)力均勻。
2，本實(shí)用新型的復(fù)合圓柱形薄壁殼體可以采用纖維種類、纏繞方向和樹脂組成的漸變，調(diào)節(jié)層內(nèi)的應(yīng)力分布，改善層間粘接強(qiáng)度，增強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性，增強(qiáng)其耐腐蝕能力，適用于不同的應(yīng)用環(huán)境。
3，本實(shí)用新型的由硬質(zhì)鋁合金圓筒內(nèi)層和纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層所構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在固化時(shí)產(chǎn)生層間預(yù)應(yīng)力，可增強(qiáng)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的整體剛性，提高薄壁殼體的耐液壓能力。
4，本實(shí)用新型的復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性和質(zhì)量還可以通過(guò)分別或同時(shí)改變其硬質(zhì)鋁合金圓筒內(nèi)層和纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層的厚度加以調(diào)節(jié)，以適用于不同的應(yīng)用環(huán)境。
5，本實(shí)用新型的圓柱形薄壁殼體同時(shí)具有低比重，耐腐蝕和耐高液壓的特性，使其更具有實(shí)用性，且具有產(chǎn)業(yè)價(jià)值。
綜上所述，本實(shí)用新型特殊結(jié)構(gòu)的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類產(chǎn)品中未見(jiàn)有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公開(kāi)發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的探測(cè)器用圓柱殼體具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
圖1是ANASYS有限元模型。
圖2是碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺樹脂制造的圓柱殼體的變形與載荷間的關(guān)系。
圖3是本實(shí)用新型耐壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的外形示意圖。
圖4是本實(shí)用新型復(fù)合圓柱形薄壁殼體的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層的制造方法和纏繞設(shè)備的示意圖。
圖5是本實(shí)用新型耐壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例鋪設(shè)海底光纜構(gòu)件的示意圖。
圖7是本實(shí)用新型應(yīng)用在化工高壓反應(yīng)釜的另一實(shí)施例的示意圖。
1硬質(zhì)鋁合金圓筒2纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層201粘接過(guò)渡層 202防腐層203中間層3纖維紗筒 4纖維絲5樹脂浴槽 6硬質(zhì)鋁合金圓筒7滑軌 8電機(jī)9纖維束11密封環(huán)12連接件13海底光纜 14安裝緊固件15傳感器16海底光纜17管道 18密封連接件19高壓反應(yīng)釜20探測(cè)板21密封件22復(fù)合圓柱形薄壁殼體
23傳感器具體實(shí)施方式
為了更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定實(shí)用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征和功效，以及該復(fù)合圓柱形薄壁殼體的制造方法，詳細(xì)說(shuō)明如后。
請(qǐng)參閱圖3、圖4所示，本實(shí)用新型耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，提供了一個(gè)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的設(shè)計(jì)和制作方案，使圓柱形薄壁殼體同時(shí)具有低比重，耐腐蝕和耐高液壓的特性。
本實(shí)用新型采用硬質(zhì)鋁合金/纖維增強(qiáng)熱固性樹脂制作耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，這樣的殼體是通過(guò)在硬質(zhì)鋁合金圓筒1外覆纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層2制成。復(fù)合圓柱形薄壁殼體可以采用纖維種類、纏繞方向和樹脂組成的漸變，調(diào)節(jié)層內(nèi)的應(yīng)力分布，改善層間粘接強(qiáng)度，增強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性，增強(qiáng)其耐腐蝕能力；復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性和質(zhì)量還可以通過(guò)分別或同時(shí)改變其硬質(zhì)鋁合金圓筒1和纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層2的厚度加以調(diào)節(jié)。
請(qǐng)參閱圖5所示，硬質(zhì)鋁合金圓筒1作為復(fù)合圓柱形薄壁殼體的內(nèi)層為復(fù)合圓柱形薄壁殼體提供支撐，以保證整個(gè)殼體的剛度；該硬質(zhì)鋁合金圓筒1經(jīng)鑄造而成，并通過(guò)機(jī)械加工達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸；這樣的工藝使該圓筒無(wú)焊縫、無(wú)內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)這樣的工藝也使管材壁厚均勻，圓度好，保證圓筒在受壓時(shí)筒的內(nèi)應(yīng)力均勻；另外采用物理或化學(xué)的方法處理上述硬質(zhì)鋁合金圓筒的外表面，使其具有均勻細(xì)密的凹陷和凸起，利于與樹脂的粘接。
纖維增強(qiáng)熱固性樹脂2作為復(fù)合圓柱形薄壁殼體的外層，賦予復(fù)合圓柱形薄壁殼體抗腐蝕能力，同時(shí)也降低了整個(gè)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的質(zhì)量。這里，增強(qiáng)纖維可采用碳纖維或玻璃纖維；熱固性樹脂可采用環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂、酚醛樹脂或聚氨酯樹脂。該纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層是經(jīng)過(guò)多層纏繞，固化后達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。
上述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層，根據(jù)其采用的纖維和樹脂的不同種類，又可以分別設(shè)置為一層、二層、或者設(shè)置為三層；其中與硬質(zhì)鋁合金圓筒相連接的一層是粘接過(guò)渡層201，由碳纖維或玻璃纖維之中的一種纖維與上述四種樹脂之中的一種樹脂所構(gòu)成；在上述復(fù)合圓柱形薄壁殼體最外層的是防腐層202，由碳纖維或玻璃纖維之中的一種纖維與上述四種樹脂之中的一種樹脂所構(gòu)成；夾設(shè)在粘接過(guò)渡層與防腐層之間的是加強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體剛性的中間層203。
上述的中間層203，根據(jù)其采用的纖維和樹脂的不同種類和配方，可以設(shè)置為一層或一層以上層數(shù)；多層數(shù)的中間層203可以采用纖維種類、纏繞方向和樹脂組成的漸變，調(diào)節(jié)層內(nèi)的應(yīng)力分布，改善層間粘接強(qiáng)度，增強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性，增強(qiáng)其耐腐蝕能力；纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層2的制造工藝是將浸涂樹脂后的纖維纏繞在硬質(zhì)鋁合金圓筒1的外表面上，經(jīng)固化，達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。這里，纖維纏繞方向與圓筒軸線方向成+30至+60度角或者-30至-60度角，每隔一層或一層以上層數(shù)，更換一次纖維纏繞方向。當(dāng)樹脂固化后，形成覆蓋整個(gè)硬質(zhì)鋁合金圓筒外表面的纖維增強(qiáng)樹脂外層；該纖維增強(qiáng)熱固性樹脂2的固化是通過(guò)對(duì)殼體的加熱完成。
本實(shí)用新型的有益效果是由于采用了硬質(zhì)鋁合金圓筒外覆纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其在固化時(shí)產(chǎn)生層間預(yù)應(yīng)力，可增強(qiáng)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的整體剛性，提高薄壁殼體的耐液壓能力；使得本實(shí)用新型的復(fù)合圓柱形薄壁殼體同時(shí)具有耐高液壓、輕質(zhì)和耐腐蝕的特性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明如下如圖3所示，采用硬質(zhì)鋁合金圓筒1外覆纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層2的復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造復(fù)合圓柱形薄壁殼體。設(shè)計(jì)目標(biāo)為復(fù)合圓柱形薄壁殼體長(zhǎng)L＝450mm；外徑D＝110mm；壁厚t＝3.5mm；工作載荷P＝6MPa，平均密度小于2.4g/cm3、耐腐蝕。
在本實(shí)施例中，硬質(zhì)鋁合金圓筒1由鋁鎂合金鑄造而成，并經(jīng)過(guò)機(jī)械加工達(dá)到內(nèi)徑103mm，壁厚1.5-2mm。纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層2采用碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺樹脂制成。
樹脂的固化通過(guò)對(duì)殼體的加熱完成。鋁鎂合金內(nèi)層1加碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺樹脂外層2的總厚度為3.5mm。
當(dāng)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的總厚度保持在3.5mm、鋁鎂合金層1的厚度在大于1.5mm、靜液壓6MPa的環(huán)境下，復(fù)合圓柱形薄壁殼體不會(huì)屈曲失穩(wěn)。ANSYS有限元計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)鋁鎂合金層1厚度為1.5mm，碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺層2厚度為2mm時(shí)，復(fù)合圓柱形薄壁殼體的臨界壓力Pcr＝8MPa，復(fù)合圓柱形薄壁殼體的平均比重為2.02g/cm3；當(dāng)鋁鎂合金層1厚度為2mm，碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺層2厚度為1.5mm時(shí)，復(fù)合圓柱形薄壁殼體的臨界壓力Pcr＝8.5MPa，復(fù)合圓柱形薄壁殼體的平均比重為2.20g/cm3；當(dāng)鋁鎂合金層1厚度為2.5mm，碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺層2厚度為1mm時(shí)，復(fù)合圓柱形薄壁殼體的臨界壓力Pcr＝9MPa，復(fù)合圓柱形薄壁殼體的平均比重為2.36g/cm3。
如圖4所示，顯示了用于制造碳纖維增強(qiáng)聚雙馬來(lái)酰亞胺樹脂外層的工藝過(guò)程及纏繞設(shè)備，其主要包括纖維紗筒3、纖維絲4、樹脂浴槽5、硬質(zhì)鋁合金圓筒6、滑軌7、電機(jī)8和纖維束9。
在電機(jī)8帶動(dòng)硬質(zhì)鋁合金圓筒6旋轉(zhuǎn)時(shí)，多根纖維絲4被旋轉(zhuǎn)的硬質(zhì)鋁合金圓筒6從纖維紗筒3中抽出；經(jīng)樹脂浴槽5浸漬聚雙馬來(lái)酰亞胺樹脂并被合并為一股纖維束9后，纏繞到硬質(zhì)鋁合金圓筒6的外表面上。樹脂浴槽5在滑軌7上往復(fù)滑動(dòng)，控制纖維束9的纏繞方向。纖維束9在45度角的方向纏繞2層，再轉(zhuǎn)換至45度角纏繞2層，反復(fù)循環(huán)，直至設(shè)計(jì)厚度。
請(qǐng)參閱圖6所示，是本實(shí)用新型的實(shí)施例鋪設(shè)海底光纜構(gòu)件的示意圖。其中傳感器15安裝緊固在復(fù)合圓柱形薄壁殼體的內(nèi)層硬質(zhì)鋁合金圓筒1的內(nèi)表面上；海底光纜13的一端與傳感器15的一端相連接，傳感器15的另一端與海底光纜16相連接；復(fù)合圓柱形薄壁殼體的兩端分別通過(guò)密封環(huán)11、連接件12與海底光纜13、16相連接，并保證密封要求。本實(shí)用新型耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，作為傳感器或探測(cè)器的載體，用于高液壓、有腐蝕的海底環(huán)境，應(yīng)用本實(shí)用新型的鋪設(shè)海底光纜構(gòu)件達(dá)到了工程的相關(guān)技術(shù)要求，保證了鋪設(shè)海底光纜的安全可靠，從而更加適于實(shí)用，具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值。
請(qǐng)參閱圖7所示，是本實(shí)用新型應(yīng)用在化工領(lǐng)域高壓反應(yīng)釜的另一實(shí)施例的示意圖。其中傳感器23安裝緊固在復(fù)合圓柱形薄壁殼體22端部的探測(cè)板20的內(nèi)表面上；復(fù)合圓柱形薄壁殼體22安裝固定在高壓反應(yīng)釜19內(nèi)部，其另一端伸出在高壓反應(yīng)釜19的外部，并通過(guò)密封連接件18與外部的管道17相連接；本實(shí)用新型耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體作為傳感器或探測(cè)器的載體，用于高液壓、有腐蝕的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，達(dá)到了工程的相關(guān)技術(shù)要求，從而更加適于實(shí)用，具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值。
雖然本實(shí)用新型已經(jīng)上述較佳實(shí)施例揭示，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可以作各種更動(dòng)與修改。因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視所附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上的實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于該復(fù)合圓柱形薄壁殼體包括內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒以及在其外表面上外覆的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層，根據(jù)采用的纖維和樹脂的不同又分別設(shè)置為一層、二層、或者設(shè)置為三層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒的外表面設(shè)有均勻細(xì)密的凹陷和凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層采用的纖維是碳纖維或玻璃纖維；采用的樹脂是環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂或聚氨酯樹脂；其中與硬質(zhì)鋁合金圓筒相連接的一層是粘接過(guò)渡層，由碳纖維或玻璃纖維之中的一種纖維與上述四種樹脂之中的一種樹脂所構(gòu)成；在上述復(fù)合圓柱形薄壁殼體最外層的是防腐層，其由碳纖維或玻璃纖維之中的一種纖維與上述四種樹脂之中的一種樹脂所構(gòu)成；夾設(shè)在粘接過(guò)渡層與防腐層之間的是加強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體剛性的中間層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒是由鋁鎂合金或鋁硅碳合金所構(gòu)成，并采用鑄造件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的中間層，其根據(jù)采用的纖維和樹脂的不同種類又可設(shè)置為一層或一層以上層數(shù)；多層數(shù)的中間層采用纖維種類、纏繞方向和樹脂組成的漸變，調(diào)節(jié)層內(nèi)的應(yīng)力分布和層間粘接強(qiáng)度，增強(qiáng)該復(fù)合圓柱形薄壁殼體的剛性。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層的纖維束纏繞方向與硬質(zhì)鋁合金圓筒的軸線方向成+30至+60度角或者-30至-60度角，每纏繞一層或一層以上層數(shù)更換一次纖維纏繞方向，反復(fù)循環(huán)，直至設(shè)計(jì)厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層，其包括的各個(gè)層面的厚度可以調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，其特征在于其中所述的硬質(zhì)鋁合金圓筒內(nèi)層的厚度可以調(diào)節(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于一種耐液壓、耐腐蝕、輕質(zhì)復(fù)合圓柱形薄壁殼體，該殼體是在硬質(zhì)鋁合金圓筒上外覆纖維增強(qiáng)熱固性樹脂構(gòu)成；其中內(nèi)層的硬質(zhì)鋁合金圓筒是經(jīng)由鑄造制成，通過(guò)機(jī)械加工達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸；纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層是由碳纖維或玻璃纖維加環(huán)氧樹脂，聚酰亞胺樹脂，酚醛樹脂或聚氨酯樹脂制成，通過(guò)多層纏繞，經(jīng)固化達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸；上述內(nèi)外層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在固化時(shí)產(chǎn)生層間預(yù)應(yīng)力，可增強(qiáng)復(fù)合圓柱形薄壁殼體的整體剛性，提高其耐液壓能力；它的耐腐蝕能力可以通過(guò)改變所選用的樹脂種類和配方加以調(diào)節(jié)；其剛性和質(zhì)量可以通過(guò)分別或同時(shí)改變其硬質(zhì)鋁合金內(nèi)層和纖維增強(qiáng)熱固性樹脂外層的厚度加以調(diào)節(jié)；這樣的復(fù)合圓柱形薄壁殼體可作為傳感器或探測(cè)器的載體，用于高液壓、有腐蝕的環(huán)境。
文檔編號(hào)B32B15/08GK2825277SQ200620008128
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者史奕彤, 展新平, 趙清香, 閆耀辰, 曹易, 龐興收 申請(qǐng)人:北京誠(chéng)恩電子材料有限責(zé)任公司, 鄭州大學(xué)