一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链

本发明涉及船舶设备，尤其涉及一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链。

背景技术：

1、系泊链区别于一般的锚链，是用在石油钻井平台等海洋结构件上起固定作用的由多个链环连接成的具有一定长度的链条。

2、传统系泊链环制造工艺为铸钢法、锻造法和电焊法等，均以金属材料制作而成。其中铸钢系泊链环强度高，刚性好，使用寿命长，适于大规模生产，但耐冲击性能较差。锻造系泊链环具有较好的耐冲击韧性，但成本高，质量不稳定。除了系泊链附件多为锻造件外，锻造系泊链已基本被淘汰。电焊系泊链环制作过程是将特定圆钢材料弯制并焊接而成，其生产工艺先进简单且成本低。因此铸钢系泊链环与锻造系泊链环已逐渐退出市场，电焊法制成的系泊链环成为大型船舶与海洋平台的市场主流。但依据上述传统方法制造的金属材料系泊链材料密度大，长期处于海水淹没态，存在化学腐蚀和电偶腐蚀的安全隐患，且使用时需借助浮漂，回收便携度较低，额外工作量大。

3、因此，急需采用先进材料设计新型结构，制造轻质高强、高比强度、高比刚度、耐腐蚀、水中呈漂浮态的多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，以具备较好的承载能力和疲劳寿命，减少大量维护保养成本，同时可以实现拆卸与组合。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，提供一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链。本发明采用的技术手段如下：

2、一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，系泊链各单环由包含空心珠的聚酰亚胺树脂芯模内层与树脂基碳纤维耐牵引外层组成，芯模由依托榫卯结构的可拆卸单链环芯模与完整单链环芯模间隔拼接组成，以保证碳纤维不间断缠绕单环体且实现多环组装延展；所述可拆卸单链环由两个c型半环通过榫卯结构连接并嵌入榫棒进行固定，所述完整单链环为完整长圆形环结构；所提出的复合材料浮力系泊链可基于芯模与碳纤维层尺寸设计，使整体密度小于海水密度，可在海面呈漂浮态。

3、进一步地，可拆卸单链环芯模包括两个c型半链环，c型半链环的两端部分别设置圆柱形卯眼和规格与其匹配的圆柱形榫头，并在垂直于契合界面方向上设置一贯穿孔位，贯穿孔与嵌入其中的榫棒过盈配合，且与完整单链环芯模间隔装配，从而实现多环组装，可无限延长。

4、进一步地，碳纤维耐牵引外层通过湿法缠绕法使连续碳纤维丝缠绕在内部芯模外侧，针对系泊链环圆柱体部分与圆环体部分的不同结构，在满足纤维缠绕不架空条件下，确定圆环体旋转拉伸半径r、芯模截面半径r与截面上纤维起点与终点所呈角度纤维缠绕角α之间的数值关系。

5、进一步地，圆环面缠绕的线型微分方程满足以下公式条件：

6、

7、圆环面内侧的缠绕属于凹曲面缠绕，纤维在缠绕时会脱离芯模圆环面表面产生架空现象，故纤维缠绕满足以下不架空条件：

8、

9、圆柱面缠绕的方程满足以下公式条件：

10、

11、其中s为圆柱长度。

12、进一步地，芯模中空体截面半径与芯模体截面半径占比约为1:4，碳纤维结构层依照上述纤维缠绕角α铺设4.8mm-5.5mm，确保主体部分强度，同时满足其整体密度低于海水密度，使所述系泊链可漂浮在海面之上。

13、本发明具有以下优点：本发明采取低密度材料与可拆榫卯结构组合形式，可实现系泊链的拆卸缩短与组合延展，还可大大降低系泊链整体密度，使得系泊链可漂浮在海面之上，并提升海上平台工作回收便捷度。此外侧结构层采用不同碳纤维丝束缠绕方式，在满足海洋环境中的耐腐蚀性要求的同时，可显著提高系泊链整体的强度与耐牵引度。本发明的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链可有效减轻各海上平台的连接负重、减少浮漂等额外助浮工具、改善淹没态系泊链腐蚀状况并延长其使用寿命。

技术特征：

1.一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，系泊链各单环由包含空心珠的聚酰亚胺树脂芯模内层与树脂基碳纤维耐牵引外层组成，芯模由依托榫卯结构的可拆卸单链环芯模与完整单链环芯模间隔拼接组成，以保证碳纤维不间断缠绕单环体且实现多环组装延展；所述可拆卸单链环由两个c型半环通过榫卯结构连接并嵌入榫棒进行固定，所述完整单链环为完整长圆形环结构；所提出的复合材料浮力系泊链可基于芯模与碳纤维层尺寸设计，使整体密度小于海水密度，可在海面呈漂浮态。

2.根据权利要求1所述的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，可拆卸单链环芯模包括两个c型半链环，c型半链环的两端部分别设置圆柱形卯眼和规格与其匹配的圆柱形榫头，并在垂直于契合界面方向上设置一贯穿孔位，贯穿孔与嵌入其中的榫棒过盈配合，且与完整单链环芯模间隔装配，从而实现多环组装，可无限延长。

3.根据权利要求1所述的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，碳纤维耐牵引外层通过湿法缠绕法使连续碳纤维丝缠绕在内部芯模外侧，针对系泊链环圆柱体部分与圆环体部分的不同结构，在满足纤维缠绕不架空条件下，确定圆环体旋转拉伸半径r、芯模截面半径r与截面上纤维起点与终点所呈角度纤维缠绕角α之间的数值关系。

4.根据权利要求3所述的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，圆环面缠绕的线型微分方程满足以下公式条件：

5.根据权利要求1所述的一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链，其特征在于，芯模中空体截面半径与芯模体截面半径占比约为1:4，碳纤维结构层依照上述纤维缠绕角α铺设4.8mm-5.5mm，确保主体部分强度，同时满足其整体密度低于海水密度，使所述系泊链可漂浮在海面之上。

技术总结
本发明提供一种多轻质材料复合的可组装延展浮力系泊链。所述系泊链各单环由包含空心珠的聚酰亚胺树脂芯模内层与树脂基碳纤维耐牵引外层组成，芯模由依托榫卯结构的可拆卸单链环芯模与完整单链环芯模间隔拼接组成，以保证碳纤维不间断缠绕单环体且实现多环组装延展。所述可拆卸单链环由两个C型半环通过榫卯结构连接并嵌入榫棒进行固定，所述完整单链环为完整长圆形环结构。所提出的复合材料浮力系泊链可基于芯模与碳纤维层尺寸设计，使整体密度小于海水密度，可在海面呈漂浮态。

技术研发人员：鲍永杰,马宇薪,杨宇星,曲庆,陈晨
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15