本發(fā)明涉及螺栓盒及其制備方法。
背景技術(shù)：
：爆炸螺栓是最早應(yīng)用于航天器的一種火工裝置,其結(jié)構(gòu)主要由螺栓體和螺母組成。爆炸螺栓作為一個(gè)連接件,其連接功能的實(shí)現(xiàn)與普通螺栓或螺柱的連接方式非常相似,通過(guò)擰緊螺母或螺栓體即可將兩個(gè)目標(biāo)連為一體。在螺栓體藥室的外壁上,有一周“v”形槽,在螺栓體的結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)強(qiáng)度薄弱的環(huán)節(jié)。當(dāng)兩個(gè)連接體將要分離時(shí),主裝藥燃燒,藥室內(nèi)的壓力驟然升高,達(dá)到一定數(shù)值后,v形槽部位斷裂,在火藥推力的作用下,兩個(gè)被連接的物體分離，其承載能力主要通過(guò)爆炸螺栓與其對(duì)應(yīng)的爆炸螺栓盒完成：次級(jí)結(jié)構(gòu)將拉力加載于爆炸螺栓，爆炸螺栓再將拉力載荷通過(guò)爆炸螺栓盒傳遞至上級(jí)結(jié)構(gòu)中筒殼段的蒙皮上。上述拉力載荷在上述爆炸螺栓盒中的傳遞路徑分為兩條：其中一部分拉力通過(guò)爆炸螺栓盒結(jié)構(gòu)整體沿箭體軸向發(fā)生小幅剛體滑移，由螺栓盒底板經(jīng)由背板傳遞至連接螺釘或鉚釘中。此部分拉力使連接螺釘或鉚釘發(fā)生剪切變形，由于結(jié)構(gòu)剛體滑移，因此每個(gè)鏈接螺栓所產(chǎn)生的剪切力基本相同。另一部分拉力通過(guò)爆炸螺栓盒本身的結(jié)構(gòu)變形，由螺栓盒底板經(jīng)過(guò)肋板傳遞至背板上的連接螺釘或鉚釘中。此部分拉力使連接螺釘或鉚釘發(fā)生拉伸變形，而傳統(tǒng)爆炸螺栓盒的肋板設(shè)計(jì)使得不同位置的鏈接螺釘或鉚釘?shù)睦ο嗖詈艽螅嚎拷嘲迥┒说穆葆敾蜚T釘拉力遠(yuǎn)高于底板附近的螺釘或鉚釘。由于第二條路徑傳遞的拉力占總拉力載荷的大部分，因此傳統(tǒng)爆炸螺栓盒對(duì)連接螺釘或鉚釘?shù)睦眯视邢?，往往螺栓盒背板末端螺釘或鉚釘已經(jīng)失效，而底板附近的螺釘或鉚釘尚未塑形變形。如何有效實(shí)現(xiàn)爆炸螺栓盒的承受能力，并使其盡可能輕量化，是目前的難題。爆炸螺栓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,具有較大的能量-質(zhì)量比,同時(shí),具有體積小,操作使用方便的特點(diǎn)。但由于它是通過(guò)金屬殼體的斷裂實(shí)現(xiàn)連接體的分離,因此,分離時(shí)的沖擊非常大,難以實(shí)現(xiàn)分離力的準(zhǔn)確控制,而且在解鎖分離時(shí)還往往有碎片和污染物產(chǎn)生,這對(duì)航天器可能產(chǎn)生不利影響。因此,隨著航天技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)航天器安全性要求的日益提高,爆炸螺栓獨(dú)立作為連接與分離裝置在航天器上的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越少。另外，現(xiàn)有爆炸螺栓盒將爆炸產(chǎn)物封閉在盒腔內(nèi)，用在需控制污染的場(chǎng)合,具有分離結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配與使用方便等特點(diǎn)。如果爆炸螺栓盒在瞬態(tài)壓力和沖擊作用下發(fā)生破壞，盒內(nèi)或盒體部件飛出，撞擊設(shè)備或儀器，可能影響飛行器的安全。急需一種有效的爆炸螺栓盒解決上述問(wèn)題?，F(xiàn)有爆炸螺栓，多用于多點(diǎn)連接分離面。每個(gè)爆炸螺栓形似普通螺栓，內(nèi)部裝有炸藥和點(diǎn)火器。分離時(shí)，炸藥被引爆，使剪切鎖剪斷或者沿螺栓削弱槽斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)兩分離體解鎖。爆炸螺栓品種多，主要有開(kāi)槽式、剪切銷式、鋼球式爆炸螺栓和無(wú)污染爆炸螺栓等。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是承載能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便。不足之處是往往需要多個(gè)螺栓，保證全部螺栓同時(shí)斷開(kāi)困難較大。另外還要保證螺栓斷開(kāi)時(shí)殘骸不傷及周圍的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，故必要時(shí)應(yīng)相應(yīng)地設(shè)置保護(hù)結(jié)構(gòu)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有爆炸螺栓載荷承受力差，強(qiáng)度不高，爆炸威力容易造成污染，難以控制的問(wèn)題，而提供了一種爆炸螺栓盒及其制備方法。本發(fā)明的一種爆炸螺栓盒，它由頂板、爆炸螺栓盒背板、兩個(gè)爆炸螺栓盒斜板構(gòu)成；爆炸螺栓盒背板兩側(cè)安裝有兩個(gè)爆炸螺栓盒側(cè)板；爆炸螺栓盒背板和兩個(gè)爆炸螺栓盒斜板的頂部設(shè)置有頂板；所述的頂板中心開(kāi)設(shè)有爆炸螺栓連接孔；所述的爆炸螺栓盒背板中心開(kāi)設(shè)有減重孔；所述的爆炸螺栓盒背板的豎直部分與彎折部分所形成的角度а為160°，彎折部分與頂板形成的角度β為110°；所述的爆炸螺栓盒背板上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)螺釘或鉚釘通孔。本發(fā)明的一種爆炸螺栓盒的制備方法，它是采用爆炸螺栓盒成型模具制備的，具體步驟如下：一、按照制備爆炸螺栓盒所需鋪層角度及預(yù)浸料用量，分別在大分瓣、小分瓣一和小分瓣二的工作面鋪放預(yù)浸料；二、將鋪放好預(yù)浸料的大分瓣、小分瓣一和小分瓣二，分別安放在下板的3個(gè)定位槽一內(nèi)；三、在步驟一的大分瓣、小分瓣一和小分瓣二工作面鋪放的預(yù)浸料基礎(chǔ)上，按爆炸螺栓盒所需鋪層角度及預(yù)浸料用量，以及厚度要求，繼續(xù)鋪放預(yù)浸料；四、合模a、將左側(cè)板和右側(cè)板下端置于下板的兩側(cè)定位槽二內(nèi)，通過(guò)設(shè)置在左側(cè)板和右側(cè)板下部的螺釘通孔以及下板兩側(cè)定位槽二內(nèi)的螺絲孔，采用螺栓分別將左側(cè)板和右側(cè)板與下板固定；b、將前側(cè)板和后側(cè)板安放在下板上，使前側(cè)板和后側(cè)板的下表面均貼合下板的上表面；前側(cè)板和后側(cè)板內(nèi)表面均貼合左側(cè)板和右側(cè)板兩側(cè)的端面，并采用螺釘或鉚釘，通過(guò)設(shè)置在前側(cè)板和后側(cè)板前后兩端的螺釘或鉚釘通孔固定；c、分別將左側(cè)板和右側(cè)板上端置于上板兩側(cè)的定位槽二內(nèi)，通過(guò)設(shè)置在左側(cè)板和右側(cè)板上部的螺釘通孔以及上板兩側(cè)定位槽二內(nèi)的螺絲孔，采用螺栓分別將左側(cè)板和右側(cè)板與上板固定；d、通過(guò)設(shè)置在上板和下板左右兩端的螺釘或鉚釘通孔，用螺釘或鉚釘將上板和下板(固定；五、將步驟四合模好的成型模具放入固化爐中進(jìn)行加熱、固化；六、進(jìn)行脫模；七、對(duì)脫模后的試驗(yàn)件進(jìn)行機(jī)械加工，開(kāi)設(shè)爆炸螺栓連接孔、減重孔以及螺釘或鉚釘通孔；所述的爆炸螺栓盒成型模具包括下板、大分瓣、小分瓣一、小分瓣二、左側(cè)板、右側(cè)板、前側(cè)板、后側(cè)板和上板；其中，下板上表面開(kāi)設(shè)有3個(gè)定位槽一，上板和下板的兩側(cè)均開(kāi)設(shè)有定位槽二；大分瓣、小分瓣一、小分瓣二均為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)；且大分瓣、小分瓣一及小分瓣二的長(zhǎng)度和高度均相同，小分瓣一和小分瓣二的寬度相同；大分瓣的一側(cè)以及小分瓣一與大分瓣相對(duì)應(yīng)的一側(cè)均設(shè)置有直角三角形斜臺(tái)；所述的直角三角形斜臺(tái)的短邊分別位于大分瓣與小分瓣一的后側(cè)，且短邊距離大分瓣或小分瓣一的上表面最短距離均為8～10mm；大分瓣、小分瓣一和小分瓣二底部均設(shè)置有形狀與定位槽一相吻合的突起；定位槽二的長(zhǎng)度與左側(cè)板、右側(cè)板的長(zhǎng)度均相同；左側(cè)板和右側(cè)板內(nèi)側(cè)壁表面上分別設(shè)置有凸臺(tái)，凸臺(tái)的長(zhǎng)度與定位槽二的長(zhǎng)度一致，凸臺(tái)的寬度與前側(cè)板、后側(cè)板的高度均一致；三個(gè)定位槽一中外側(cè)的兩個(gè)定位槽一分別距下板邊緣的距離與凸臺(tái)寬度相同；每個(gè)定位槽一之間距離為定位槽一寬度1.5倍；所述的大分瓣、小分瓣一與小分瓣二上部前端向下彎折；其中，上部的水平端面與彎折端面所形成的角度а為160°，彎折端面與前部的豎直面形成的角度β為110°；左側(cè)板和右側(cè)板的上部和下部均開(kāi)設(shè)有多個(gè)螺釘通孔，且定位槽二與螺釘通孔相對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)設(shè)有螺絲孔，左側(cè)板和右側(cè)板通過(guò)螺釘分別固定與定位槽二上；前側(cè)板和后側(cè)板的內(nèi)表面分別貼合于左側(cè)板和右側(cè)板兩側(cè)的端面，且前側(cè)板和后側(cè)板的下表面分別與下板的上表面貼合；前側(cè)板和后側(cè)板的前端和后端均開(kāi)設(shè)有螺釘或鉚釘通孔；前側(cè)板和后側(cè)板通過(guò)螺釘或鉚釘通孔固定連接；上板和下板的左右兩端均開(kāi)設(shè)有螺釘或鉚釘通孔，并通過(guò)螺釘或鉚釘通孔固定連接。本發(fā)明包含以下有益效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)的爆炸螺栓盒在150000n拉力有限元載荷測(cè)試中，本發(fā)明的爆炸螺栓盒具有很好的承載力，在此拉力下，不螺栓孔能夠承載較大應(yīng)力。本發(fā)明采用碳纖維材料制備爆炸螺栓盒，和鋁合金件相比，重量下降了14.5％。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)爆炸螺栓盒的模具，有效解決了制備爆炸螺栓盒過(guò)程中，容易出現(xiàn)制備的爆炸螺栓盒手里不均，制備復(fù)雜的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置背板的角度及預(yù)浸料用量，以及背板、頂板和斜板的厚度，以及背板和頂板的角度設(shè)置，使得采用碳纖維制備出來(lái)的爆炸螺栓盒具有非常高的承載能力。附圖說(shuō)明圖1為爆炸螺栓盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的正視圖；圖3為圖1的俯視圖；圖4為圖1的后視圖；圖5為圖1的仰視圖；圖6為圖1的側(cè)視圖；圖7為爆炸螺栓盒模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為小分瓣一結(jié)構(gòu)示意圖；圖9和圖10均為在大小分瓣的工作面鋪放預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)爆炸螺栓盒模具示意圖；圖11、圖12和圖13均為分瓣定位示意圖；圖14和圖15為鋪放剩余蒙皮部分(黑色部分)示意圖；圖16為安裝左、右側(cè)板后示意圖；圖17為安裝前、后側(cè)板后示意圖；圖18為安裝上板后示意圖；圖19為經(jīng)機(jī)械加工后的試驗(yàn)件(爆炸螺栓盒)照片；圖20為剛性邊界試驗(yàn)裝置圖，其中，1為試驗(yàn)件，2為液壓缸(最大20噸)，3為拉力傳感器，4為位移傳感器，5為應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)；圖21為應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)圖；圖22為鋁合金試驗(yàn)件應(yīng)變測(cè)試曲線圖；其中，a至h分別對(duì)應(yīng)1～8#測(cè)量點(diǎn)；圖23為鋁合金試驗(yàn)件與碳纖維試驗(yàn)件位移測(cè)試曲線圖；其中，a為碳纖維試驗(yàn)件位移測(cè)試曲線，b為為鋁合金試驗(yàn)件位移測(cè)試曲線；圖24為第一次拉伸試驗(yàn)后試驗(yàn)件照片(厚板出現(xiàn)開(kāi)裂)；圖25為改進(jìn)鋪層設(shè)計(jì)后的第二次拉伸試驗(yàn)照片；圖26為剛性邊界條件實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1為對(duì)接螺栓，2為加裝工裝，3為墊片，4為試驗(yàn)件，5為固定螺栓，6為固定座椅，f為力，箭頭方向?yàn)橛昧Ψ较颍粓D27為等剛度邊界條件試驗(yàn)裝置；其中，1為加裝工裝，2為加載螺栓，3為試驗(yàn)件，4為固定座椅，f為力，箭頭方向?yàn)橛昧Ψ较?；圖28為整體有限元模型圖；圖29為x向最大位移分布圖；圖30為y向最大位移分布圖；圖31為z向最大位移分布圖；圖32為組合最大位移分布圖；圖33為最大應(yīng)力校核值分布圖；圖34為最大應(yīng)力校核值分布圖；圖35為x向應(yīng)力分布圖；圖36為y向應(yīng)力分布圖；圖37為yz向應(yīng)力分布圖；圖38為xz向應(yīng)力分布圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的一種爆炸螺栓盒，它由頂板1、爆炸螺栓盒背板2、兩個(gè)爆炸螺栓盒斜板3構(gòu)成；爆炸螺栓盒背板2兩側(cè)安裝有兩個(gè)爆炸螺栓盒側(cè)板3；爆炸螺栓盒背板2和兩個(gè)爆炸螺栓盒斜板3的頂部設(shè)置有頂板1；所述的頂板1中心開(kāi)設(shè)有爆炸螺栓連接孔4；所述的爆炸螺栓盒背板2中心開(kāi)設(shè)有減重孔5；所述的爆炸螺栓盒背板2的豎直部分與彎折部分所形成的角度а為160°，彎折部分與頂板1形成的角度β為110°；所述的爆炸螺栓盒背板2上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)螺釘或鉚釘通孔6。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述的爆炸螺栓盒背板2的厚度為13mm；爆炸螺栓盒斜板3厚度為9mm；頂板1厚度為30mm。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：爆炸螺栓盒是采用碳纖維或鋁合金制成的。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式的一種爆炸螺栓盒的制備方法，它是采用爆炸螺栓盒成型模具制備的，具體步驟如下：一、按照制備爆炸螺栓盒所需鋪層角度及預(yù)浸料用量，分別在大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12的工作面鋪放預(yù)浸料；二、將鋪放好預(yù)浸料的大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12，分別安放在下板2的3個(gè)定位槽一9內(nèi)；三、在步驟一的大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12工作面鋪放的預(yù)浸料基礎(chǔ)上，按爆炸螺栓盒所需鋪層角度及預(yù)浸料用量，以及厚度要求，繼續(xù)鋪放預(yù)浸料；四、合模a、將左側(cè)板3和右側(cè)板4下端置于下板2的兩側(cè)定位槽二10內(nèi)，通過(guò)設(shè)置在左側(cè)板3和右側(cè)板4下部的螺釘通孔13以及下板2兩側(cè)定位槽二10內(nèi)的螺絲孔14，采用螺栓分別將左側(cè)板3和右側(cè)板4與下板2固定；b、將前側(cè)板5和后側(cè)板6安放在下板2上，使前側(cè)板5和后側(cè)板6的下表面均貼合下板2的上表面；前側(cè)板5和后側(cè)板6內(nèi)表面均貼合左側(cè)板3和右側(cè)板4兩側(cè)的端面，并采用螺釘或鉚釘，通過(guò)設(shè)置在前側(cè)板5和后側(cè)板6前后兩端的螺釘或鉚釘通孔15固定；c、分別將左側(cè)板3和右側(cè)板4上端置于上板1兩側(cè)的定位槽二10內(nèi)，通過(guò)設(shè)置在左側(cè)板3和右側(cè)板4上部的螺釘通孔13以及上板1兩側(cè)定位槽二10內(nèi)的螺絲孔14，采用螺栓分別將左側(cè)板3和右側(cè)板4與上板1固定；d、通過(guò)設(shè)置在上板1和下板2左右兩端的螺釘或鉚釘通孔16，用螺釘或鉚釘將上板1和下板2固定；五、將步驟四合模好的成型模具放入固化爐中進(jìn)行加熱、固化；六、進(jìn)行脫模；七、對(duì)脫模后的試驗(yàn)件進(jìn)行機(jī)械加工，開(kāi)設(shè)爆炸螺栓連接孔、減重孔以及螺釘或鉚釘通孔；所述的爆炸螺栓盒成型模具包括下板2、大分瓣7、小分瓣一8、小分瓣二12、左側(cè)板3、右側(cè)板4、前側(cè)板5、后側(cè)板6和上板1；其中，下板2上表面開(kāi)設(shè)有3個(gè)定位槽一9，上板1和下板2的兩側(cè)均開(kāi)設(shè)有定位槽二10；大分瓣7、小分瓣一8、小分瓣二12均為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)；且大分瓣7、小分瓣一8及小分瓣二12的長(zhǎng)度和高度均相同，小分瓣一8和小分瓣二12的寬度相同；大分瓣7的一側(cè)以及小分瓣一8與大分瓣7相對(duì)應(yīng)的一側(cè)均設(shè)置有直角三角形斜臺(tái)17；所述的直角三角形斜臺(tái)17的短邊分別位于大分瓣7與小分瓣一8的后側(cè)，且短邊距離大分瓣7或小分瓣一8的上表面最短距離均為8～10mm；大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12底部均設(shè)置有形狀與定位槽一相吻合的突起13；定位槽二10的長(zhǎng)度與左側(cè)板3、右側(cè)板4的長(zhǎng)度均相同；左側(cè)板3和右側(cè)板4內(nèi)側(cè)壁表面上分別設(shè)置有凸臺(tái)11，凸臺(tái)11的長(zhǎng)度與定位槽二10的長(zhǎng)度一致，凸臺(tái)11的寬度與前側(cè)板5、后側(cè)板6的高度均一致；三個(gè)定位槽一9中外側(cè)的兩個(gè)定位槽一9分別距下板2邊緣的距離與凸臺(tái)11寬度相同；每個(gè)定位槽一9之間距離為定位槽一9寬度1.5倍；所述的大分瓣7、小分瓣一8與小分瓣二12上部前端向下彎折；其中，上部的水平端面與彎折端面所形成的角度а為160°，彎折端面與前部的豎直面形成的角度β為110°；左側(cè)板3和右側(cè)板4的上部和下部均開(kāi)設(shè)有多個(gè)螺釘通孔13，且定位槽二10與螺釘通孔13相對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)設(shè)有螺絲孔14，左側(cè)板3和右側(cè)板4通過(guò)螺釘分別固定與定位槽二10上；前側(cè)板5和后側(cè)板6的內(nèi)表面分別貼合于左側(cè)板3和右側(cè)板4兩側(cè)的端面，且前側(cè)板5和后側(cè)板6的下表面分別與下板2的上表面貼合；前側(cè)板5和后側(cè)板6的前端和后端均開(kāi)設(shè)有螺釘或鉚釘通孔15；前側(cè)板5和后側(cè)板6通過(guò)螺釘或鉚釘通孔15固定連接；上板1和下板2的左右兩端均開(kāi)設(shè)有螺釘或鉚釘通孔16，并通過(guò)螺釘或鉚釘通孔16固定連接。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是：所述的鋪層角度及預(yù)浸料用量具體指：爆炸螺栓盒背板的角度及預(yù)浸料用量條件如下：90°：45°：-45°＝50％：25％：25％；爆炸螺栓盒斜板的角度及預(yù)浸料用量條件如下：90°：45°：-45°＝50％：25％：25％；爆炸螺栓盒頂板的角度及預(yù)浸料用量條件如下：0°：90°：45°：-45°＝25％：25％：25％：25％。其它與具體實(shí)施方式四相同。具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是：所述的鋪層角度及預(yù)浸料用量具體指：爆炸螺栓盒背板的角度及預(yù)浸料用量條件如下：90°：45°：-45°＝50％：25％：25％；爆炸螺栓盒斜板的角度及預(yù)浸料用量條件如下：90°：45°：-45°＝80％：10％：10％；爆炸螺栓盒頂板的角度及預(yù)浸料用量條件如下：0°：90°：45°：-45°＝25％：25％：25％：25％。其它與具體實(shí)施方式四相同。具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是：所述的厚度指復(fù)合材料爆炸螺栓盒的背板、斜板和頂板的厚度，分別為13mm、9mm和30mm。其它與具體實(shí)施方式四相同。具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是：所述的預(yù)浸料為碳纖維預(yù)浸料或鋁合金預(yù)浸料。其它與具體實(shí)施方式四相同。具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是：在開(kāi)始鋪放預(yù)浸料前，在大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12的工作面，以及直角三角形斜臺(tái)17表面涂覆脫模劑。其它與具體實(shí)施方式四相同。本
發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施方式的組合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。通過(guò)以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：實(shí)施例11、爆炸螺栓盒結(jié)構(gòu)本實(shí)施例的復(fù)合材料爆炸螺栓盒(見(jiàn)圖1至圖6)高200mm，寬170mm，由頂板1、爆炸螺栓盒背板2、兩個(gè)爆炸螺栓盒斜板3構(gòu)成；爆炸螺栓盒背板2兩側(cè)安裝有兩個(gè)爆和炸螺栓盒側(cè)板3；爆炸螺栓盒背板2和兩個(gè)爆炸螺栓盒斜板3的頂部設(shè)置有頂板1；所述的頂板1中心開(kāi)設(shè)有爆炸螺栓連接孔4；所述的爆炸螺栓盒背板2中心開(kāi)設(shè)有減重孔5；所述的爆炸螺栓盒背板2的豎直部分與彎折部分所形成的角度а為160°，彎折部分與頂板1形成的角度β為110°；所述的爆炸螺栓盒背板2上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)螺釘或鉚釘通孔6。本實(shí)施例的爆炸螺栓盒可以由鋁合金或者碳纖維制備得到。2、爆炸螺栓盒試驗(yàn)件(以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)件)成型模具設(shè)計(jì)根據(jù)爆炸螺栓盒形狀，爆炸螺栓盒試驗(yàn)件成型模具采用分瓣形式。成型模具整體包括下板2、大分瓣7、小分瓣一8、小分瓣二12、左側(cè)板3、右側(cè)板4、前側(cè)板5、后側(cè)板6和上板1；其中，下板2上表面開(kāi)設(shè)有3個(gè)定位槽一9，上板1和下板2的兩側(cè)均開(kāi)設(shè)有定位槽二10；成型模具的形式示意圖如圖7和圖8所示。成型模具下板2上表面開(kāi)設(shè)有3個(gè)定位槽一9，用來(lái)定位大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12；上板1和下板2左右兩側(cè)各開(kāi)一個(gè)定位槽二10，用來(lái)定位左側(cè)板3、右側(cè)板4與上板1、下板2的位置關(guān)系；在大分瓣7側(cè)邊及小分瓣一8和小分瓣二12單側(cè)邊對(duì)斜板3留有1/2的厚度，來(lái)保證斜板3的厚度；通過(guò)以上定位關(guān)系，可以保證試驗(yàn)件斜板3的位置、厚度和試驗(yàn)件左右方向的尺寸。左側(cè)板3、右側(cè)板4與上板1、下板2定位后，正好定位前側(cè)板5和后側(cè)板6，這樣可以保證試驗(yàn)件前后方向的尺寸；同時(shí)，左側(cè)板3和右側(cè)板4的凸臺(tái)11厚度與前側(cè)板5和后側(cè)板6的高度是一致的，用來(lái)定位試驗(yàn)件上下方向的尺寸。3、爆炸螺栓盒試驗(yàn)件鋪層設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)爆炸螺栓盒各部位的受力情況及有限元分析結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)了爆炸螺栓盒背板、頂板和兩條斜板各部分的碳纖維鋪層角度及用量(見(jiàn)表1)。表1爆炸螺栓盒碳纖維鋪層角度及用量表區(qū)域鋪層(°)背板13mm90°：45°：-45°＝50％：25％：25％斜板9mm90°：45°：-45°＝50％：25％：25％頂板30mm0°：90°：45°：-45°＝25％：25％：25％：25％4、試驗(yàn)件制備一、按照按表1中爆炸螺栓盒所需鋪層角度及預(yù)浸料用量，分別在大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12的工作面先鋪放一層預(yù)浸料；由于大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12側(cè)面都有直角三角形斜臺(tái)17的結(jié)構(gòu)，在三者組合到一起后，在大分瓣7與小分瓣一8、小分瓣二12之間存在空隙，此步驟主要是將預(yù)浸料填充此空隙，制備爆炸螺栓盒的斜板3，而在鋪放預(yù)浸料的時(shí)候在大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12的工作面會(huì)鋪設(shè)一層薄薄的預(yù)浸料，但是此預(yù)浸料并不能達(dá)到表1中背板和頂板的厚度要求，還需要在步驟三中繼續(xù)鋪設(shè)預(yù)浸料以達(dá)到表1中背板和頂板的厚度要求；(如圖9所示)二、將鋪放好預(yù)浸料的大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12，分別安放在下板2的3個(gè)定位槽一9內(nèi)；(如圖10所示)三、在上一步講各分瓣安裝到定位槽一9中后，大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12相互之間就固定，從而填充在三者空隙內(nèi)的預(yù)浸料也就固定，初步完成爆炸螺栓盒的斜板3的制備，接下來(lái)在大分瓣7、小分瓣一8和小分瓣二12已經(jīng)鋪設(shè)一層薄薄預(yù)浸料的工作面上，繼續(xù)按照按表1中爆炸螺栓盒所需鋪層角度及預(yù)浸料用量，以及厚度來(lái)整體鋪放剩余預(yù)浸料(蒙皮部分)，使得鋪設(shè)后的背板和頂板的預(yù)浸料厚度達(dá)到表1中要求，而斜板的厚度，由于事先直角三角形斜臺(tái)17的厚度已經(jīng)設(shè)定好，因此在填充預(yù)浸料后，制備的斜板厚度也滿足表1的要求；(如圖11所示)四、合模a、將左側(cè)板3和右側(cè)板4按位置關(guān)系，將安裝左側(cè)板3和右側(cè)板4下端置于在下板2的兩側(cè)定位槽二10內(nèi)，通過(guò)設(shè)置在左側(cè)板3和右側(cè)板4下部的螺釘通孔13以及下板2兩側(cè)定位槽二10內(nèi)的螺絲孔14，采用螺栓分別將左側(cè)板3和右側(cè)板4與下板2固定；(如圖12所示)b、將前側(cè)板5和后側(cè)板6按位置關(guān)系，安放在下板2上，使前側(cè)板5和后側(cè)板6的下表面均貼合下板2的上表面；前側(cè)板5和后側(cè)板6內(nèi)表面均緊貼合左側(cè)板3和右側(cè)板4兩側(cè)的端面，并通過(guò)設(shè)置在前側(cè)板5和后側(cè)板6前后兩端的螺釘或鉚釘通孔15固定；(如圖13所示)c、按位置關(guān)系安裝上板1，分別將左側(cè)板3和右側(cè)板4上端置于上板1兩側(cè)的定位槽二10內(nèi)，通過(guò)設(shè)置在左側(cè)板3和右側(cè)板4上部的螺釘通孔13以及上板1兩側(cè)定位槽二10內(nèi)的螺絲孔14，采用螺栓分別將左側(cè)板3和右側(cè)板4與上板1固定；(如圖14所示)d、通過(guò)設(shè)置在上板1和下板2左右兩端的螺釘或鉚釘通孔16，用螺釘或鉚釘將上板1和下板2固定；五、將步驟四合模好的成型模具放入固化爐中進(jìn)行加熱、固化；六、進(jìn)行脫模；七、對(duì)脫模后的試驗(yàn)件進(jìn)行機(jī)械加工，開(kāi)設(shè)爆炸螺栓連接孔、減重孔以及螺釘或鉚釘通孔；(如圖15所示)。首先，對(duì)上述制備的爆炸螺栓盒進(jìn)行有限元模型分析(仿真模擬)，通過(guò)模擬分析，初步判斷所制備的爆炸螺栓盒性能，及所應(yīng)改進(jìn)之處。隨后通過(guò)拉伸承載試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，爆炸螺栓盒的性能。5、試驗(yàn)件有限元模型分析根據(jù)爆炸螺栓盒數(shù)模，對(duì)復(fù)合材料爆炸螺栓盒進(jìn)行剛度和強(qiáng)度的分析。復(fù)合材料爆炸螺栓盒上連接大螺栓加載荷，在14個(gè)螺釘或鉚釘通孔6上設(shè)置14個(gè)小螺栓約束。5.1、有限元模型建立采用ansys有限元軟件建立模型，單元選用shell99單元模擬復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)。shell99是個(gè)線性層結(jié)構(gòu)殼單元，可以用于分析應(yīng)用多層結(jié)構(gòu)殼模型。復(fù)合材料爆炸螺栓盒，增加鋼板、大螺栓和小螺栓模擬實(shí)際受載情況，如圖24，坐標(biāo)系設(shè)定如下：原點(diǎn)：爆炸螺栓盒背板底邊中心；x軸：平行于爆炸螺栓盒厚板；y軸：平行于爆炸螺栓盒背板；z軸：垂直于爆炸螺栓盒背板。采用shell99層單元模擬實(shí)際鋪層(初步設(shè)計(jì)為90°：45°：-45°＝25％：37.5％：37.5％)情況。受150000n拉力測(cè)試。5.2、材料及質(zhì)量特性復(fù)合材料爆炸螺栓盒為碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)，參考復(fù)合材料單向板性能參數(shù)，性能參數(shù)見(jiàn)表5。表5t800/tde85性能參數(shù)縱向模量140gpa橫向模量9gpa剪切模量4.8gpa泊松比0.3縱向拉伸強(qiáng)度2100mpa縱向壓縮強(qiáng)度950mpa橫向拉伸強(qiáng)度25mpa橫向壓縮強(qiáng)度190mpa剪切強(qiáng)度50mpa密度1600kg/m35.3、失效準(zhǔn)則采用最大的應(yīng)力失效準(zhǔn)則，判定單層是否失效。單層的最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則由下式表示：σ1＝xt(壓縮時(shí)|σ1|＝xc)σ2＝y(tǒng)t(壓縮時(shí)|σ2|＝y(tǒng)c)|τ12|＝s此式表明，當(dāng)單層在平面應(yīng)力的任何應(yīng)力狀態(tài)下，單層正軸向的任何一個(gè)應(yīng)力分量到達(dá)極限應(yīng)力時(shí)，單層就失效。5.4、計(jì)算結(jié)果5.4.1、位移計(jì)算結(jié)果組合最大位移計(jì)算結(jié)果為0.8mm。x向最大位移分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖25，y向最大位移分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖26，z向最大位移分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖27，組合最大位移分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖28。可見(jiàn)，z向最大位移位于加載大螺栓孔處，y向最大位移和組合最大位移位于厚板上緣處。5.4.2、應(yīng)力準(zhǔn)則校核結(jié)果最大應(yīng)力準(zhǔn)則校核值為1.8，發(fā)生在螺栓孔附近。最大應(yīng)力準(zhǔn)則校核值分布云圖見(jiàn)圖29。最大應(yīng)力準(zhǔn)則校核超過(guò)1，則可以判定為單層失效。根據(jù)最大應(yīng)力準(zhǔn)則校核值分布云圖，可以確定單層失效位置發(fā)生在加載大螺栓孔附近。5.4.3、單層應(yīng)力計(jì)算結(jié)果根據(jù)最大應(yīng)力準(zhǔn)則校核值分布云圖，確定了單層失效位置發(fā)生在螺栓孔附近，但還需確定是哪個(gè)方向單層應(yīng)力失效。根據(jù)單層各個(gè)方向應(yīng)力分量計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)圖30、圖31、圖32、圖33、圖34)，可見(jiàn)，加載大螺栓孔附近應(yīng)力較高，螺栓孔周圍90度拉伸應(yīng)力、面內(nèi)剪切應(yīng)力、層間剪切應(yīng)力較高，可能發(fā)生膠層開(kāi)裂。5.4.4、有限元分析結(jié)論通過(guò)對(duì)復(fù)合材料爆炸螺栓盒施加150000n拉力時(shí)的有限元分析，可知，爆炸螺栓盒具有很好的承載力。6、碳纖維試驗(yàn)件加載試驗(yàn)為了研究碳纖維復(fù)合材料在受到較大集中載荷時(shí)的剛度特性、破壞模式、承載效率及本發(fā)明爆炸螺栓盒的可行性進(jìn)行如下測(cè)試。6.1、按照表3的配套表準(zhǔn)備碳纖維試驗(yàn)件進(jìn)行加載的材料。表3試驗(yàn)工裝生產(chǎn)配套表6.2、試驗(yàn)加載要求拉伸試驗(yàn)包括剛性邊界條件和等剛度邊界條件兩類試驗(yàn)。圖22為剛性邊界條件裝置示意圖，圖23為等剛度邊界條件試驗(yàn)裝置示意圖。加載要求：試驗(yàn)中按照下表4進(jìn)行加載測(cè)試。表4加載表測(cè)量要求：試驗(yàn)件粘貼應(yīng)變片，用以測(cè)量加載過(guò)程中的應(yīng)變；采用位移計(jì)測(cè)量加載過(guò)程中特定點(diǎn)的位移；試驗(yàn)件在加載過(guò)程中采用聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)試驗(yàn)件的損傷過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)。7、試驗(yàn)件拉伸性能測(cè)試分別對(duì)鋁合金試驗(yàn)件和碳纖維試驗(yàn)件進(jìn)行加載試驗(yàn)，測(cè)試試驗(yàn)件的極限載荷、指定點(diǎn)應(yīng)變和位移、以及破壞模式等。7.1、鋁合金件加載試驗(yàn)鋁合金試驗(yàn)件只做剛性邊界拉伸承載試驗(yàn)，自搭建的試驗(yàn)裝置如圖16所示。該試驗(yàn)裝置由液壓缸、拉力傳感器、位移傳感器和應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)等部分組成。應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)如圖17所示，共計(jì)20個(gè)測(cè)量點(diǎn)。鋁合金試驗(yàn)件的應(yīng)變(1～8#測(cè)量點(diǎn))和位移測(cè)試曲線如圖18和圖19所示。由于液壓缸最大做動(dòng)力為20噸，為了安全起見(jiàn)，本次試驗(yàn)的最大載荷為18噸。7.2、碳纖維試驗(yàn)件試驗(yàn)根據(jù)拉伸試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)的試驗(yàn)件拉伸夾具及拉伸試驗(yàn)裝置。并對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行了第一次拉伸試驗(yàn)(該拉伸試驗(yàn)的背板、斜板和頂板厚度均小于表2的厚度)，試驗(yàn)件破壞狀態(tài)如圖20所示。第一次試驗(yàn)后，斜板3和背板2完好如初，破壞位置發(fā)生在頂板1，破壞現(xiàn)象為層間開(kāi)裂。根據(jù)此種現(xiàn)象，在頂板1相應(yīng)位置增加螺栓，將爆炸螺栓盒的背板、斜板和頂板厚度變成表2的厚度要求，并進(jìn)行了第二次拉伸試驗(yàn)。第二次試驗(yàn)時(shí)，破壞載荷提高。破壞現(xiàn)象為在頂板1與斜板3連接處及頂板1發(fā)生開(kāi)裂(見(jiàn)圖21)。說(shuō)明第一次試驗(yàn)后的改進(jìn)方案起到了明顯效果。因此，在上次試驗(yàn)改進(jìn)方案基礎(chǔ)上，繼續(xù)增加在頂板1層間開(kāi)裂位置增加螺栓。并且，提高斜板3的90°鋪層的比例，從50％提高到80％。爆炸螺栓盒背板2、頂板1和兩條斜板3各部分的碳纖維鋪層角度及用量調(diào)整見(jiàn)表2。表2第二次試驗(yàn)后爆炸螺栓盒碳纖維鋪層角度及用量表。由此可知，本實(shí)施例的爆炸螺栓盒通過(guò)調(diào)整鋪設(shè)角度及纖維用量后，能夠達(dá)到很好的抗拉伸效果。當(dāng)前第1頁(yè)12