一种多平面耐压结构的制作方法

本发明属于抗压结构领域，更具体地，涉及一种多平面耐压结构，该结构在保证抗压性能的同时，降低了柱体与球壳之间的过渡段对整个多平面柱壳结构的力学特性影响。

背景技术：

对于在工作时需要承受很大的外部压力的设备而言，如航空器、潜艇、子弹等，其柱壳结构对其抗压性能有着至关重要的影响。为增强外壳结构的抗外压能力，通常具有两种方法，一种是对现有结构进行加厚来增强自身的结构特性，另一种方法是对现有结构进行改造，通过结构优势达到增强结构力学特性的目的。例如，美国发明专利US005711244公开了一种具有较强抗外压能力的多平面柱壳结构，这种结构的柱体部分是平面板块在空间上按一定周期折叠拼接而成的，尾部为球封头结构，而且柱体部分和球封头通过过渡段连接，形成一个密封的类似柱壳结构。在这种多平面柱壳结构的基础上，现有技术中还提出了其他一些多平面柱壳结构的加强结构。

然而，进一步的研究表明，由于整个多平面柱体结构采用的是平面板块在空间上的折叠拼接，导致柱体结构必须利用过渡段结构才能与球型封头进行连接。在此情况下，如果采用圆弧的过渡段进行拼接，由于过渡段结构拥有复杂的曲率变化，所以不仅生产制造的工艺十分复杂，而且还会产生很大的误差。另一方面，过渡段结构的存在还会导致整体多平面柱壳结构的整体力学特性降低，水下抗压能力下降。相应地，本领域亟需对多平面柱壳结构作出进一步的完善和改进，克服过渡段生产制造的困难，且能够避免由于过渡段的存在而导致的多平面柱壳结构整体性能下降的缺陷，以满足其抗压性能和生产方式的需要。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多平面耐压结构，其中通过对其关键组成部件各自的设置方式及其相互衔接配合等方面进行设计,相应能够充分利用球型结构的曲率变化和多平面柱体的折叠变化这两种不同特征，同时可兼具球壳和柱体两种壳体的优良结构特性,而且在实际制造过程中能够不再需要在柱体与半球壳之间设置过渡段,由此有效避免由于过渡段的存在而导致的多平面柱壳结构整体性能下降等缺陷，因而尤其适用于潜艇、航空器或弹体之类设备的用途。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种多平面耐压结构，该多平面耐压结构由多平面柱体和设置在其两端的多平面半球壳共同组合而成，或直接由两个相同的多平面球壳组合而成；

其中：所述多平面柱体是具备多个棱面的多棱柱形状，该多棱柱的表面由多个结构相同的第一基本平面板块彼此折叠拼接而成，并且彼此相邻的第一基本平面板块之间均存在一定的平面夹角；

所述多平面半球壳整体呈球壳形状，它的表面由多个第二基本平面板块彼此折叠拼接而成，彼此相邻的第二基本平面板块之间均存在一定的平面夹角；且所述多平面半球壳底部的截面形状与所述多平面柱体的横截面相同，由此与该多平面柱体或另一相同的多平面半球壳相配合共同组合成完整的壳体结构。

进一步优选地，所述多平面半球壳由缩减柱壳段和封头段组成，所述缩减柱壳段由多个所述第二基本平面板块在空间上折叠拼接而成，该第二基本平面板块的结构沿背离多平面柱体方向逐渐变化，由此所述缩减柱壳段沿背离多平面柱体方向的半径逐渐减小，并与所述封头段一起构成多平面半球壳。采用上述结构的多平面半球壳与多平面柱体相连接时不需要复杂的曲面过渡，采用直线过渡，便于安装；且多平面半球壳在制作时不需要曲面加工，采用平面折角即可，制造工艺更简单。

进一步优选地，所述多平面半球壳的封头段可以是平面封头、多平面锥形封头或伞面状封头。采用上述形状的封头来对多平面半球壳封头，既可以简化封头段与缩减柱壳段的连接工艺，又能保证多平面半球壳的抗压能力。

进一步优选地，所述第一基本平面板块和第二基本平面板块为三角形或四边形，优选为等腰三角形或等腰梯形。等腰三角形或等腰梯形在制造时易于折叠形成，便于大量制作具有夹角的平面板块，且由此制得的多平面空间板块抗压时受力更均匀，能承受的压强更大。

进一步优选地，所述多平面耐压结构可以是一层或是多层。当多平面柱壳结构的抗压性能要求较高时，采用多层叠加的方式，能够有效地加强多平面柱壳结构，提高其抗压性能。

进一步优选地，在所述多平面耐压结构的内层和/或外层设置有光滑的表皮以构成夹层结构。光滑的表皮能够减少应力集中的情况，因此在多平面柱壳结构的内外设置表皮，能够在不增加生产制造难度的前提下，有效地提高多平面柱壳结构的整体耐压性能。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下优点及有益效果：

(1)本发明的多平面球型耐压结构利用球型结构的曲率变化和多平面柱体的平面板块的折叠变化制造而成，兼具了球壳和柱体两种壳体的优良结构特性，同时降低了多平面柱体结构与封头结构之间过渡段对整个多平面柱壳结构的力学特性影响，更好的发挥了多平面结构的抗压特性。在制造方面，由于多平面半球壳仅仅需要平面折角，不需要进行曲面加工，所以使用一般的弯板机就可以进行加工，与光滑半球壳相比省略了曲面加工的过程，降低了生产工艺的难度。在与多平面柱体进行安装连接时，多平面半球壳明显优于光滑半球壳，因为在整体安装过程中，多平面柱体和光滑半球壳的连接是直线到曲线的过渡，需要复杂的曲面过渡，而多平面半球壳与多平面柱体/多平面半球壳相连接截面是相同的多边形形状，所以可以很好的进行连接。

(2)本发明所述多平面半球壳由缩减柱壳段和封头段组成，所述封头段可以是平面封头、多平面锥形封头或伞面状封头。采用上述形状的封头来对多平面半球壳封头，既可以简化与缩减柱壳段的连接工艺，又能保证多平面半球壳的抗压能力。

(3)所述多平面半球壳的基本平面板块为三角形或四边形，优选为等腰三角形或等腰梯形。等腰三角形或等腰梯形在制造时易于折叠形成，便于大量制作具有夹角的平面板块，且由此制得的多平面空间板块抗压时受力更均匀，能承受的压强更大。

(4)本申请的多平面耐压结构可以是一层或是多层。当多平面耐压结构的抗压性能要求较高时，采用多层叠加的方式，能够有效地加强多平面柱壳结构，提高其抗压性能。在所述多平面耐压结构的内层和/或外层设置有光滑的表皮以构成夹层结构。光滑的表皮能够减少应力集中的情况，因此在多平面柱壳结构的内外设置表皮，能够在不增加生产制造难度的前提下，有效地提高多平面柱壳结构的整体耐压性能。

(5)由于本发明的构思的多平面柱壳结构去掉了过渡段，其生产工艺相比具有过渡段的柱壳结构的生产工艺简单，且能够避免由于过渡段的存在而导致的多平面柱壳结构整体性能下降的缺陷，尤其适用于制造抗压性能强的多平面耐压结构，还具有抗压能力强、加工简单，制作周期短、易于大规模生产等优点。

附图说明

图1(a)和1(b)是本发明的多平面耐压柱壳的模拟图；

图2是本发明的多平面半球壳的结构分解模拟图；

图3是本发明的多平面半球壳的主视图；

图4是多平面半球壳平面封头结构示意图；

图5是多平面半球壳的伞面状封头结构示意图；

图6是多平面半球壳的多平面锥形封头结构示意图；

图7(a)和7(b)是本发明的基本平面板块形状的示意图；

图8是本发明的具有夹层结构的多平面耐压结构的轴向剖视图；

图9是本发明的具有夹层结构的多平面耐压结构的径向剖视图；

图10是多平面耐压柱壳机构采用仿真的实物效果图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

ⅰ-封头段，ⅱ-缩减柱壳段，Ⅰ-多平面夹层半球壳，Ⅱ-多平面夹层柱体，Ⅲ-多平面夹层平板封头半球壳，1-柱壳结构的外层光滑表皮，2-多平面夹层柱壳结构，3-柱壳结构的内层光滑表皮；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1(a)和(b)所示是多平面耐压结构的模拟图；图8和图9是在外层设置光滑表皮后的具有夹层结构的多平面柱壳结构的轴向和径向剖视图，图10是根据多平面柱壳机构采用仿真的航天器、弹头模型等的效果图。

如图1(a)和(b)所示是多平面耐压结构的模拟图，如图1(a)所示是一种多平面柱体和设置在其两端的多平面半球壳共同组合而成的多平面耐压结构，如图1(b)所示是一种由两个相同的多平面球壳组合而成多平面耐压结构，

其中：所述多平面柱体是具备多个棱面的多棱柱形状，该多棱柱的表面由多个结构相同的第一基本平面板块彼此折叠拼接而成，并且彼此相邻的第一基本平面板块之间均存在一定的平面夹角；

所述多平面半球壳整体呈球壳形状，它的表面由多个第二基本平面板块彼此折叠拼接而成，彼此相邻的第二基本平面板块之间均存在一定的平面夹角；且所述多平面半球壳底部的截面形状与所述多平面柱体的横截面相同，由此与该多平面柱体或另一相同的多平面半球壳相配合共同组合成完整的壳体结构。

在本发明的一个具体实施例中，所述多平面半球壳由缩减柱壳段和封头段组成，所述缩减柱壳段由多个所述第二基本平面板块在空间上折叠拼接而成，该第二基本平面板块的结构沿背离多平面柱体方向逐渐变化，由此所述缩减柱壳段沿背离多平面柱体方向的半径逐渐减小，并与所述封头段一起构成多平面半球壳。

如图2所示，对多平面半球壳进行了结构上的拆分，可以看出整个结构主要由封头段ⅰ和缩减柱壳段ⅱ两部分组成，如图3所示的多平面半球壳的主视图，缩减柱壳段由多个所述第二基本平面板块在空间上拼叠形成；且所述缩减柱壳段沿背离多平面柱体方向的半径逐渐减小，并与所述封头段一起构成多平面半球壳。

在本发明的一个具体实施例中，多平面半球壳封头段的形状可根据自身需要进行合理选取和设计，如图4-6所示，根据使用时的需要，所述多平面半球壳的封头段可以是平面封头、多平面锥形封头或伞面状封头。

在本发明的另一个具体实施例中，所述平面板块为三角形或四边形，优选为等腰三角形或等腰梯形，对整个多平面球壳的拼接基本单元进行设计，可将构成整个多平面的基本单元设置为如图7(a)和7(b)所示的等腰三角形平板单元或者等腰梯形平板单元。

本发明的一个具体实施例中，所述多平面柱壳结构可以是一层或是多层叠加的结构。当多平面柱壳结构的抗压性能要求较高时，采用多层叠加的方式，能够有效地加强多平面柱壳结构，提高其抗压性能。

在本发明的一个具体实施例中，所述多平面柱壳结构的内层和/或外层表面设置有光滑的表皮以构成夹层结构。光滑的表皮能够减少应力集中的情况，因此在多平面柱壳结构的内外设置表皮，能够在不增加生产制造难度的前提下，有效地提高多平面柱壳结构的整体耐压性能。

如图8至图9是在外层设置光滑表皮后的夹层结构的多平面耐压结构示意图，图8为内外层设有光滑表皮的多平面耐压柱壳的轴向截面图，其中多平面耐压结构被分为三个区，Ⅰ为多平面夹层半球壳，该多平面半球壳采用锥形的封头，Ⅱ为多平面夹层柱体，Ⅲ为多平面夹层平板封头半球壳，且从图8和9中所示，在多平面夹层柱壳结构2的内外分别设置有外层光滑表皮1和内层光滑表皮3。如图9为多平面柱壳结构中的截面A-A的截面图，多平面柱体的横截面为正六边形。正多边形的结构相比其他形状更稳定，在外界压力较大的情况下，采用正多边形的结构能够有效地提高多平面柱壳的抗压能力。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。