一种拉伸锁能式位移补偿减振接管的制作方法

1.本发明属于舰船减振降噪技术领域，具体涉及一种拉伸锁能式位移补偿减振接管。


背景技术：

2.舰船是当今各国重点发展的水上威慑力量，其声隐身性能直接关乎自身的生命力和战斗力。降低舰船噪声，增强舰船声隐身效果具有重要军事意义。舰船管路作为舰船内部的重要系统，各大系统的气/水/油等介质的传输，如全船通风风管、液压泵控油路、水路，辅循环水、海水及轴系海水管路等。其中流体压力脉动和管壁结构噪声是舰船主要的噪声源之一。如何有效控制管路系统噪声传递，是舰船声隐身的重要课题。
3.为了增强低频隔振效果，传统减振接管通常需要具有较低的轴向刚度，但是由此使得轴向拉伸临界失稳载荷较低，即在较大轴向拉伸载荷下，易发生管路失稳从而造成破坏甚至泄露。同时，在长期的轴向拉伸载荷下，管路内部因处于较大应变水平而易发生疲劳破坏。如何有效避免轴向拉伸载荷引起上述不利影响，同时保证传统减振接管的低频隔振效果，是一项极具挑战性和重要意义的工作。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种拉伸锁能式位移补偿减振接管，能够有效增强减振接管的轴向拉伸位移补偿能力，同时提升接管承载稳定性及抗冲击性能，并实现一定的管路低频隔振效果。
5.一种拉伸锁能式位移补偿减振接管，包括锁能骨架、填充橡胶，内壁涂层和船用法兰；
6.所述锁能骨架为两端开放的圆筒形结构，圆筒形结构上加工有镂空的v字形单胞，v字形单胞的对称中心线与圆筒形结构的端面互相垂直；在圆筒形结构的表面上沿周向排列的两圈v字形单胞形成一组单胞环，两圈单胞环中的v字形单胞侧边互相嵌入但不相交；单胞环在圆筒形结构的表面沿轴向均匀分布；单胞环之间的区域形成环向底板，一组单胞环中相邻两个v字形单胞之间的区域形成轴向连接部，相对的v字形单胞侧边之间的区域形成斜向连接部；
7.所述填充橡胶填充于v字形单胞之中，所述内壁涂层均匀分布于填充了填充橡胶后的锁能骨架的内圆周面上，所述船用法兰连接在锁能骨架的左右两端。
8.进一步地，所述锁能骨架选用硫化橡胶或聚氨酯高分子材料加工制成。
9.进一步地，所述填充橡胶比锁能骨架材料的模量小3～4个数量级，所述填充橡胶的长度、宽度、厚度和角度设计参数可调。
10.进一步地，所述锁能骨架的单胞内部轮廓与填充橡胶之间的连接方式为硫化或粘接。
11.进一步地，所述锁能骨架通过高分子增材制造或者模具浇筑方式加工。
12.进一步地，所述填充橡胶在锁能骨架结构基础上配合内外圆筒模具通过发泡工艺加工。
13.进一步地，所述内壁涂层用于防止管路内部介质对锁能骨架和填充橡胶产生腐蚀。
14.进一步地，所述内壁涂层外侧面与锁能骨架内侧面和填充橡胶内侧面通过硫化或粘接方式进行连接。
15.进一步地，所述锁能骨架中的v字形单胞和内部的填充橡胶的材料、尺寸参数沿接管轴向呈梯度分布。
16.有益效果：
17.1、本发明的锁能骨架上加工有镂空的v字形单胞，v字形单胞的对称中心线与圆筒形结构的端面互相垂直，上述结构可以增强减振接管的轴向拉伸位移补偿能力，限制轴向拉伸冲击发生时的载荷阈值，提升减振接管在实际服役中的轴向承载安全性。同时，可以基于轴向排列的周期结构，利用布拉格散射和局域共振原理设计实现一定的管路低频隔振效果。
18.2、本发明的锁能骨架在承受轴向拉伸力时，锁能骨架同一级单胞环中的斜向连接部将发生屈曲变形，直至轴向连接部与环向底板距离最大，然后持续触发下一级v字形单胞重复发生上述变形。在准静态拉伸加载和动态冲击情况下，锁能骨架中的v字形单胞可以有效控制接管端部载荷阈值，从而保护相连的设备。
19.3、本发明针对减振接管的不同应用场景需求，通过选择不同材质和参数设计的锁能骨架结构，可实现不同的轴向及径向刚度，以及发生拉伸位移补偿的临界载荷。可针对不同的管路内部介质(如液压油、燃油、滑油、水、空气等)以及舰船外部安装环境，可选择不同的内壁涂层以满足使用需求。对于不同口径的管路连接需求，可选用但不限于不同的船用法兰进行匹配。
20.4、本发明可有效增强减振接管的轴向拉伸位移补偿能力，同时兼具结构紧凑和良好的工艺可行性，同时还能够提升接管承载稳定性及抗冲击性能，通过优化设计可实现一定的管路低频隔振效果。
21.5、本发明锁能骨架中的v字形单胞和内部的填充橡胶的材料、尺寸参数沿接管轴向呈梯度分布能够实现阶梯式的压缩锁能式位移补偿效果，增强减振接管的轴向压缩位移补偿能力，增加减振接管发生整体失稳的临界应力，提升减振接管在实际服役中的轴向承载安全性。
附图说明
22.图1、2为本发明拉伸锁能式位移补偿减振接管的整体结构示意图；
23.图3为本发明锁能骨架的结构示意图；
24.图4为本发明填充橡胶的结构示意图；
25.图5为本发明内壁涂层的结构示意图；
26.图6为本发明船用法兰的结构示意图；
27.图7为本发明锁能骨架处于初始状态的结构示意图；
28.图8为本发明锁能骨架处于中间状态的结构示意图；
29.图9为本发明锁能骨架处于最终状态的结构示意图；
30.图10为本发明锁能骨架的v字形单胞处于初始状态的结构示意图；
31.图11为本发明锁能骨架的v字形单胞处于中间状态的结构示意图；
32.图12为本发明锁能骨架的v字形单胞处于最终状态的结构示意图；
33.图13为本发明的减振接管全过程力-位移曲线。
34.其中，1-锁能骨架、11-左端面、12-右端面、13-内侧面、14-外侧面、15-v字形单胞、151-轴向连接部、152-斜向连接部、153-环向底板、2-填充橡胶、21-橡胶单胞、22-内侧面、23-外侧面、3-内壁涂层、31-外侧面、32-内侧面、4-船用法兰、41-左侧船用法兰、42-右侧船用法兰。
具体实施方式
35.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
36.如附图1和2所示，本发明提供了一种拉伸锁能式位移补偿减振接管，包括锁能骨架1，填充橡胶2、内壁涂层3和船用法兰4。
37.如附图3所示，锁能骨架1为两端开放的圆筒形结构，圆筒形结构具有左端面11、右端面12、内侧面13和外侧面14，圆筒形结构上加工有镂空的v字形单胞15，v字形单胞15的对称中心线与圆筒形结构的端面互相垂直；在圆筒形结构的表面上沿周向排列的两圈v字形单胞15形成一组单胞环，两圈单胞环中的v字形单胞15侧边互相嵌入但不相交；单胞环在圆筒形结构的表面沿轴向均匀分布；单胞环之间的区域形成环向底板153，一组单胞环中相邻两个v字形单胞之间的区域形成轴向连接部151，相对的v字形单胞侧边之间的区域形成斜向连接部152。
38.填充橡胶2填充于v字形单胞15之中，内壁涂层3均匀分布于填充了填充橡胶后的锁能骨架的内圆周面上，两个船用法兰4连接在锁能骨架1的左右两端。
39.如附图4所示，填充橡胶2包括多个橡胶单胞21，橡胶单胞21具有内侧面22和外侧面23。
40.如附图5所示，内壁涂层3具有外侧面31和内侧面32。
41.如附图6所示，船用法兰4包括左侧船用法兰41和右侧船用法兰42。
42.锁能骨架1选用但不限于硫化橡胶、聚氨酯等高分子材料，具有较好弹性变形性能以及良好的抗疲劳性能。轴向连接部151与斜向连接152间的夹角、轴向连接部151、斜向连接部152以及环向底板153的长度、宽度、厚度等设计参数可调。
43.填充橡胶2选用但不限于橡塑发泡闭孔海绵等材料，具有良好的高度可回复弹性，近零泊松比以及良好的抗疲劳性能。填充橡胶2比锁能骨架1材料的模量小约3～4个数量级。橡胶单胞21的单胞长度、宽度、厚度、角度等设计参数可调。
44.v字形单胞15内部轮廓与橡胶单胞21外形匹配，二者连接方式选择但不限于硫化、粘接等高分子连接工艺。
45.锁能骨架1可通过但不限于高分子增材制造或者模具浇筑方式加工。填充橡胶2在锁能骨架1基础上，配合内外圆筒模具通过但不限于发泡工艺加工。
46.锁能骨架1的外侧面14和填充橡胶的外侧面23参照现行舰船用管路涂装标准选用但不限于弹性涂装材料；内壁涂层3以满足管路内部介质种类如液压油、燃油、滑油、水、空
气等为标准选用但不限于材料。
47.锁能骨架1、填充橡胶2和内壁涂层3共同形成拉伸补偿锁能管路结构主体。左侧船用法兰41和右侧船用法兰42均与减振接管主体固定，其公称通径、螺栓孔中心圆直径、密封面外径、螺栓数量及直径等相关规格参照《gb 569-65船用法兰连接尺寸和密封面》要求执行。减振接管主体端面由锁能骨架结构左端面11、锁能骨架结构右端面12组成。
48.锁能骨架从初始状态到最终状态的变形过程如附图7-9所示，锁能骨架1在承受轴向拉伸时，v字形单胞15内部斜向连接部152将发生屈曲变形，直至轴向连接部151与环向底板153距离最大，然后持续触发下一级v字形单胞15重复发生上述变形，v字形单胞15的变形过程如附图10-12所示。在准静态拉伸加载和动态冲击情况下，v字形单胞15可以有效控制接管端部载荷阈值，从而保护相连设备。
49.锁能骨架1的材质、密度、模量以及设计参数等均可针对性地进行调整，实现不同的轴向及径向刚度，以满足不同的拉伸位移补偿的需求。可针对不同的管路内部介质如液压油、燃油、滑油、水、空气等以及舰船外部安装环境，可选择不同的内壁涂层3以满足使用需求。对于不同口径的管路连接需求，可选用但不限于不同的船用法兰4进行匹配。
50.锁能骨架1的内侧面13和填充橡胶2的内侧面22均与涂层的外侧面31相连。上述连接方式选择但不限于硫化、粘接等高分子连接工艺。
51.左侧船用法兰41和右侧船用法兰42与舰船管路端部法兰以螺栓相连。
52.v字形单胞15和橡胶单胞21的材料、尺寸等参数可沿接管轴向呈梯度分布，以实现阶梯式的拉伸锁能式位移补偿效果，以增强减振接管的轴向拉伸位移补偿能力，提升减振接管在实际服役中的轴向承载安全性。同时，可以基于轴向排列的周期结构，利用布拉格散射和局域共振原理设计实现一定的管路低频隔振效果，从图13的减振接管全过程力-位移曲线可以看出，本发明的拉伸锁能式位移补偿减振接管能够有效增强减振接管的轴向拉伸位移补偿能力。
53.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。