本發(fā)明涉及隔振技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種組合式碳纖維復(fù)合材料隔振筏架及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前，用于船舶隔振的浮筏中的筏架結(jié)構(gòu)是連接船體和基座重要連接結(jié)構(gòu)，浮筏隔振系統(tǒng)的中間筏架的材料多使用碳素鋼等金屬材料生產(chǎn)制成，其阻尼小、材料比剛度低，限制了隔振性能的進(jìn)一步提高。目前的浮筏隔振裝置主要采用箱梁式整體結(jié)構(gòu)。筏架的質(zhì)量、剛度和阻尼是影響浮筏隔振系統(tǒng)性能的主要因素，現(xiàn)有研究主要關(guān)注鋼制浮筏結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，缺乏對(duì)碳纖維復(fù)合材料浮筏筏架的研究?？蚣苁浇Y(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中主要存在以下的缺陷：金屬筏架的體積大，比密度大，占據(jù)船體的體積和重量大，安裝和拆卸不方便。金屬材料的耐腐蝕性差，阻尼比小，吸振性能差?，F(xiàn)有復(fù)合材料筏架的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造工藝繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種組合式碳纖維復(fù)合材料隔振筏架，以解決現(xiàn)有鋼制浮筏筏架阻尼比較低的缺點(diǎn)，提高浮筏的隔振性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的組合式碳纖維復(fù)合材料隔振筏架，其主要由依次相連的筏架上板、連接件和筏架下板組成，其中：筏架上板和筏架下板采用碳纖維復(fù)合材料制作，連接件采用碳纖維復(fù)合材料或金屬制成，筏架上板和筏架下板之間用連接件通過(guò)螺栓或膠接進(jìn)行連接。

所述連接件有包括整體式連接件、組合式連接件。

所述的整體式連接件，為整體“工”字型結(jié)構(gòu)，采用金屬或碳纖維復(fù)合材料制成。

所述的組合式連接件，由2個(gè)t型件和與之相連的1塊肋板組成；所述t型件的連接板和垂直板均設(shè)有連接孔，其中連接板的連接孔用于與筏架上、下板連接；垂直板的連接孔通過(guò)螺栓與肋板的連接孔相連，使2個(gè)t型件和與之垂直板同一側(cè)的肋板連接為一體。

所述的組合式連接件，由2個(gè)t型件和與之相連的2塊肋板組成；所述t型件的連接板和垂直板均設(shè)有連接孔，其中連接板的連接孔用于與筏架上、下板連接；垂直板的連接孔通過(guò)螺栓與肋板的連接孔相連，使2個(gè)t型件和將其垂直板夾住的肋板連接為一體。

所述的組合式連接件，由4個(gè)l型件和與之相連的1塊肋板組成，在1塊肋板的上部、下部各分配2個(gè)l型件。所述l型件的連接板和垂直板均設(shè)有連接孔，其中連接板的連接孔用于與筏架上、下板連接；垂直板的連接孔通過(guò)螺栓與肋板的連接孔相連，使4個(gè)l型件和將其垂直板夾住的肋板連接為一體。

本發(fā)明提供的組合式碳纖維復(fù)合材料隔振筏架的制備方法，包括以下步驟：

(1)筏架上、下板的設(shè)計(jì)：

1)筏架增強(qiáng)材料的選擇：

依據(jù)筏架的性能要求，復(fù)合材料的增強(qiáng)材料選擇碳纖維復(fù)合材料。

2)基體材料的選擇：

一般將樹脂材料作為碳纖維復(fù)合材料的基體，目前，國(guó)內(nèi)外可供選擇的樹脂主要有兩類：一類為熱塑性樹脂，如聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮等；另一類為熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂和聚酯樹脂等；

碳纖維復(fù)合材料最常用的樹脂基體是環(huán)氧樹脂，它具有耐高溫、粘附性好、耐腐蝕、工藝性能好等特性。因此，本筏架優(yōu)先選用的復(fù)合材料的基體是環(huán)氧樹脂。

3)筏架的上、下板采用對(duì)稱鋪層方式。

(2)碳纖維復(fù)合材料連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

對(duì)于連接件中復(fù)合材料肋板的設(shè)計(jì)采用的材料和鋪層方式與筏架相同，對(duì)于“工”、“t”和“l(fā)”采用模壓成型方法制作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的有益效果：

1.采用碳纖維復(fù)合材料提高浮筏的隔振性能：

由于采用了碳纖維復(fù)合材料，突破了艦船筏架采用金屬制作的傳統(tǒng)，而碳纖維復(fù)合材料的比重不到鋼的1/4，并且碳纖維復(fù)合材料阻尼比遠(yuǎn)高于金屬材料阻尼比，在同階模態(tài)條件下，碳纖維復(fù)合材料的阻尼比大約是金屬筏架的10倍，因而提高了浮筏的隔振性能。

2.采用不同的連接件和連接形式提高筏架的隔振性能：

由于筏架是由各零、部件組合連接得到，不同的連接件和不同形式的連接可以得到不同的結(jié)構(gòu)阻尼，增加連接界面阻尼，提高振動(dòng)衰減效果，使其隔振性能得到顯著改善，有效降低傳遞到船體的機(jī)械振動(dòng)，提高艦船的舒適性和隱蔽性。

3.采用組合式結(jié)構(gòu)帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)：

例如：加工制作簡(jiǎn)單，便于拆裝，結(jié)構(gòu)靈活緊湊，質(zhì)量更輕，防腐蝕性好，強(qiáng)度更高，便于維護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1碳纖維復(fù)合材料隔振筏架立體圖。

圖2為本發(fā)明整體式“工”字型連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為“t型件+單肋板”組合式連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為“t型件+雙肋板”組合式連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為“l(fā)型件+單肋板”組合式連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.筏架上板；2.連接件；3.筏架下板；4.t型件；5.肋板；6.l型件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的組合式碳纖維復(fù)合材料隔振筏架。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由依次相連的筏架上板1、連接件2和筏架下板3組成，其中：筏架上板1和筏架下板3采用碳纖維復(fù)合材料制作，連接件2采用碳纖維復(fù)合材料或金屬制成，筏架上板1和筏架下板3之間用連接件2通過(guò)螺栓或膠接進(jìn)行連接。

所述連接件2有多種，包括整體式連接件、組合式連接件。

所述的整體式連接件，如圖2所示，為整體“工”字型結(jié)構(gòu)，可采用金屬或碳纖維復(fù)合材料。

所述的組合式連接件，有以下三種：

(1)由2個(gè)t型件4和與之相連的1塊肋板5組成，如圖3所示：t型件4的連接板和垂直板均設(shè)有連接孔，其中連接板的連接孔用于與筏架上、下板連接；垂直板的連接孔通過(guò)螺栓與肋板5的連接孔相連，使2個(gè)t型件4和與之垂直板同一側(cè)的肋板5連接為一體。

(2)由2個(gè)t型件4和與之相連的2塊肋板5組成，如圖4所示：t型件4的連接板和垂直板均設(shè)有連接孔，其中連接板的連接孔用于與筏架上、下板連接；垂直板的連接孔通過(guò)螺栓與肋板5的連接孔相連，使2個(gè)t型件4和將其垂直板夾住的肋板5連接為一體。

(3)由4個(gè)l型件4和與之相連的1塊肋板5組成，在1塊肋板5的上部、下部各分配2個(gè)l型件6，如圖5所示：l型件6的連接板和垂直板均設(shè)有連接孔，其中連接板的連接孔用于與筏架上、下板連接；垂直板的連接孔通過(guò)螺栓與肋板5的連接孔相連，使4個(gè)l型件6和將其垂直板夾住的肋板5連接為一體。

(1)(2)(3)結(jié)構(gòu)的組合式連接件都用于連接筏架的上、下板，(2)和(3)兩種連接界面接觸面積較大，結(jié)構(gòu)阻尼大，吸振性能好。

本發(fā)明采用不同結(jié)構(gòu)的連接件可以得到不同的結(jié)構(gòu)阻尼，從而得到不同的阻尼比，可以用金屬或碳纖維復(fù)合材料，通過(guò)增加連接界面和采用碳纖維復(fù)合材料都能提高筏架的阻尼比，提高筏架的隔振性能。

本發(fā)明采用不同形式的連接可以改善筏架的隔振性能：連接件如果采用碳纖維復(fù)合材料，筏架和連接件之間可以采用膠結(jié)或螺栓連接形式，從而得到不同的阻尼比，改善筏架的隔振性能。

本發(fā)明采用以下方法，組裝圖1所示的筏架：

1.筏架上、下板的設(shè)計(jì)：

1)筏架增強(qiáng)材料的選擇：

依據(jù)筏架的性能要求，復(fù)合材料的增強(qiáng)材料選擇碳纖維復(fù)合材料。

2)基體材料的選擇：

一般將樹脂材料作為碳纖維復(fù)合材料的基體，目前，國(guó)內(nèi)外可供選擇的樹脂主要有兩類：一類為熱塑性樹脂，如聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮等；另一類為熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂和聚酯樹脂等。

碳纖維復(fù)合材料最常用的樹脂基體是環(huán)氧樹脂，它具有耐高溫、粘附性好、耐腐蝕、工藝性能好等特性。因此，本筏架優(yōu)先選用的復(fù)合材料的基體是環(huán)氧樹脂。

3)筏架的上、下板采用對(duì)稱鋪層方式。

2.碳纖維復(fù)合材料連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

對(duì)于連接件中復(fù)合材料肋板的設(shè)計(jì)采用的材料和鋪層方式與筏架相同。對(duì)于“工”、“t”和“l(fā)”采用模壓成型方法制作。

1)圖2為整體式連接件，本連接件通過(guò)螺栓與上、下板連接，連接的界面少，組裝方便，阻尼比相對(duì)于其他連接件較少，隔振效果差些。

2)圖3為一種組合式連接件。本連接件相對(duì)于圖1增加連接界面，結(jié)構(gòu)阻尼增大，組裝方便，采用“t”型件為金屬，肋板為碳纖維復(fù)合材料，其鋪層方案與上、下板的方案一致。

3)圖4和圖5組合式連接件。兩種連接件的連接界面一樣，連接界面相對(duì)其他兩種接觸面積大，阻尼比較大。采用“t”型件為金屬，肋板為碳纖維復(fù)合材料，其鋪層方案與上、下板的方案一致。

3連接方式的選擇：

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，出現(xiàn)了許多碳纖維結(jié)構(gòu)連接的方法，主要包括以下5種方法：機(jī)械連接；膠接連接；縫合連接；z-pin連接；混合連接。貫穿厚度連接的抗剝離應(yīng)力和劈裂應(yīng)力強(qiáng)，這正是如膠接的主要缺點(diǎn)。本筏架采用了螺栓連接，此連接方法簡(jiǎn)單，易拆裝,抗剝離應(yīng)力強(qiáng)。

本發(fā)明提供的組合式碳纖維復(fù)合材料隔振筏架，其使用方法如下：被隔振設(shè)備安裝在筏架上，筏架與基座相連，筏架上下板采用螺栓連接。