一种可埋管线的空腔复合材料夹芯板的制作方法

本实用新型涉及复合材料夹芯板的
技术领域：
，尤其涉及一种可埋管线的空腔复合材料夹芯板。
背景技术：
：为了满足船舶与海洋工程设计建造的节能环保、重量控制等要求，学术界和工业界相继开展了轻量化方法、轻质材料和轻型结构的研究。近年来，作为轻型结构代表的夹芯板结构由于具有质量轻，比强度高、抗屈曲能力强、耐疲劳、隔振和抗腐蚀等优点，受到国内外工程界的广泛关注。目前船舶与海洋工程行业使用的夹芯板多为金属或金属-复合\高分子材料组合形式，全金属夹层板相对传统船舶加筋板性能上虽有优势，但轻量化效果不明显。并且传统的“三明治”全复合材料夹芯板的芯层一般为泡沫或者硬木，均为可燃材料，即便三明治结构的表层具有较高的阻燃性能，但由于芯层的可燃性，导致材料整体依然不能达到“不燃”的基本要求，一般不能在防火性能要求较高的承载结构上使用。因此，需要设计一种阻燃性高、单位体积重量轻、工艺施工性能佳且经济性能良好的芯层结构。技术实现要素：有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可埋管线的空腔复合材料夹芯板。为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，包括：上面板和下面板，所述上面板和下面板相正对地设置；芯层结构，所述芯层结构设置在所述上面板和所述下面板之间，所述芯层结构包括若干平行设置的等腰梯形管，所述等腰梯形管的径向截面呈等腰梯形。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，若干所述等腰梯形管包括若干正置的第一等腰梯形管和若干倒置的第二等腰梯形管，所述第一等腰梯形管和所述第二等腰梯形管交错排列。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，每一所述第一等腰梯形管的斜侧面分别与一所述第二等腰梯形管的斜侧面相贴合。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述上面板和所述下面板的厚度均为0.5～20mm。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述等腰梯形管的高度为40～200mm。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述等腰梯形管的上底面的宽度为50～250mm，所述等腰梯形管的下底面的宽度为50～250mm。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述等腰梯形管的上底面的宽度与所述等腰梯形管的下底面的宽度之比为1～2。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述等腰梯形管的上底面的宽度与所述等腰梯形管的下底面的宽度之比为1.4。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述上面板、所述下面板和所述等腰梯形管的材质均为纤维增强复合材料。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述等腰梯形管的高度与所述等腰梯形管的上底面的宽度之比为1.1～1.2。上述的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，其中，所述等腰梯形管内填充有泡沫或阻尼材料。本实用新型由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：(1)本实用新型设计成等腰梯型管形式，梯型管截面通过模具一次成型，制造成本低。(2)本实用新型可以根据设计需求预埋多根电缆管线或者其他直径较小的管线，以省略电缆托架、节省工艺，并为其他较大管线系统的放样腾出更多空间。附图说明图1是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的示意图。图2是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的设计参数对质量的主效应示意图。图3是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的设计参数对结构失效的主效应示意图。图4是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的等腰梯形管的上底面的宽度与等腰梯形管的下底面的宽度之比对板架失效系数示意图。图5是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的板架重量优化迭代曲线示意图。图6是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的板架重量优化迭代曲线示意图。附图中：1、上面板；2、下面板；3、等腰梯形管；31、第一等腰梯形管；32、第二等腰梯形管。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。图1是本实用新型的可埋管线的空腔复合材料夹芯板的示意图，请参见图1所示，示出了一种较佳实施例的可埋管线的空腔复合材料夹芯板，包括：上面板1和下面板2，上面板1和下面板2相正对地设置。此外，作为一种较佳的实施例，可埋管线的空腔复合材料夹芯板包括：芯层结构，芯层结构设置在上面板1和下面板2之间，芯层结构包括若干平行设置的等腰梯形管3，等腰梯形管3的径向截面呈等腰梯形。等腰梯形管3优选地使用胶粘剂与上面板1和下面板2粘合。另外，作为一种较佳的实施例，以上面板1和下面板2作为承受轴向拉压的主要构件，以等腰梯形管3作为芯层结构承受剪切、协调上下面板弯曲变形的的主要构件芯层结构的纤维铺层角度可根据构件的整体承剪能力综合优化，适用于船舶与海洋工程、桥梁与建筑工程多种承受局部侧向载荷的加筋平板。由于本实用新型的空腔复合材料夹芯板相对于加筋平板的表面积更小，更有利于包裹防火材料或者涂装防火涂料，并减少防火材料/涂料的表面积；由于本实用新型的空腔复合材料夹芯板几何外形简单，更有利于与主要支撑构件的连接。本实用新型的空腔复合材料夹芯板相对于普通复合材料加筋平板具有更好的综合经济性能，本实用新型的空腔复合材料夹芯板相对于普通钢制加筋平板具有极高的轻量化优势。进一步，作为一种较佳的实施例，若干等腰梯形管3包括若干正置的第一等腰梯形管31和若干倒置的第二等腰梯形管32，第一等腰梯形管31和第二等腰梯形管32交错排列。更进一步，作为一种较佳的实施例，每一第一等腰梯形管31的斜侧面分别与一第二等腰梯形管32的斜侧面相贴合。以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围。本实用新型在上述基础上还具有如下实施方式：本实用新型的进一步实施例中，请继续参见图1所示，上面板1和下面板2的厚度均为0.5～20mm。本实用新型的进一步实施例中，等腰梯形管3的高度为40～200mm，等腰梯形管3的上底面的宽度为50～250mm，等腰梯形管3的下底面的宽度为50～250mm。本实用新型的进一步实施例中，等腰梯形管3的上底面的宽度与等腰梯形管3的下底面的宽度之比为1～2。本实用新型的进一步实施例中，等腰梯形管3的上底面的宽度与等腰梯形管3的下底面的宽度之比为1.4。本实用新型的进一步实施例中，上面板1、下面板2和等腰梯形管3的材质均为纤维增强复合材料。本实用新型的进一步实施例中，等腰梯形管3的高度与等腰梯形管3的上底面的宽度之比为1.1～1.2。本实用新型的进一步实施例中，等腰梯形管3内填充有泡沫或阻尼材料。下面选择一种现有的加筋平板与本申请的空腔复合材料夹芯板进行对比：选择一种豪华邮轮甲板上的典型加筋平板，设计域的长度为7200mm，宽度为2800mm，甲板板厚6mm，纵骨尺寸HP100*6，纵骨间距600mm，加筋平板总重量1.15吨，在不计及总纵弯曲的局部载荷作用下，静强度安全系数约为8。建立本实用新型的空腔复合材料夹芯板数值模型，模型长宽尺寸与上述加筋平板相同，为7200x2800mm，分析上面板1和下面板2的板厚t2、等腰梯形管3的壁厚t1、等腰梯形管3的高度d(即芯层结构的厚度)及等腰梯形管3的上底面的宽度a以及等腰梯形管3的及底面的宽度l这五个设计参数对夹芯板架重量和板架静强度的灵敏度，板架表面设计载荷为500kg/m2。所用玻璃纤维板的材料属性如标1所示。性能(MPa)某玻璃纤维/耐火树脂单层板纵向弹性模量E120300横向弹性模量E29650泊松比υ120.28剪切模量G128960纵向拉伸强度Xt347.8横向拉伸强度Yt28层内剪切强度S39.2纵向压缩强度Xc347.8横向压缩强度Yc138密度1.8吨/m3表1示例所用玻璃纤维板材料属性图2显示了上述五个设计参数变化对7200x2800mm夹芯板架重量的主效应，图2中可以看出等腰梯形管3的壁厚t1斜率为正，且斜率在五个参数中最大，表明板架重量对等腰梯形管3的壁厚变化最敏感；同理，板架重量对上面板1和下面板2的板厚t2灵敏度较高；等腰梯形管3的上底面的宽度a以及等腰梯形管3的及底面的宽度l参数在主效应图上的斜率较小，说明两者参数的变化对夹芯板架的质量影响不大；等腰梯形管3的高度d的增加会略微增加夹芯板架的重量。图2上可以看出，夹芯板架重量控制的关键在于控制夹芯板面板和芯材的厚度。图3显示了各设计参数对夹芯板结构失效(蔡-希尔强度理论)的主效应图，图2中可以看出等腰梯形管3的壁厚t1和上面板1和下面板2的板厚t2对板架失效系数最敏感，等腰梯形管3的上底面的宽度a以及等腰梯形管3的及底面的宽度l参数对结构失效的影响较小。通过试验设计的方式获得设计参数a及l对板架失效系数的影响，如图4中曲线所示，在板格其他设计参数取平均值的情况下，得到板架失效系数随参数l/a变化的曲线，该关系显示，在l/a>1时，即夹芯管由矩形变化为梯形时，板架失效系数有减小的趋势；在l/a＝1.4时，板架失效系数最小；随着l/a的继续增大，即芯层管壁倾斜角度继续增大后，板架失效系数呈上升趋势。综上，针对上文提出的夹芯板设计参数进行重量目标优化，由于等腰梯形管3的上底面的宽度a以及等腰梯形管3的及底面的宽度l参数对重量的灵敏度不高，故在优化模型中不将a及l作为设计变量，参考图4的结论，分别取a＝75，100，125且l/a＝1.4，将等腰梯形管3的壁厚t1和上面板1和下面板2的板厚t2及等腰梯形管3的高度d作为设计变量，以材料失效、板架最大位移、板架的一阶屈曲因子及静强度安全系数作为约束条件，(板架失效系数<1；板架最大位移不大于典型加筋平板的5倍；板架一阶屈曲因子>1；静强度安全系数>6)得到的一组对应不同设计载荷和a值的较优的参数如表2、表3所示：表2设计载荷500kg/m2板架优化参数表3设计载荷1000kg/m2板架优化参数如表2及图5所示，满足刚度强度约束条件优化后的空腔复合材料夹芯板相对典型加筋平板可节省80％的重量。a取不同值时优化后的重量相差不大；从表2优化结果可得到在500kg/m2的设计载荷下夹芯板参数d/a＝1.1～1.2是一个较优的关系。如表3所示，当设计载荷增大一倍至1000kg/m2后，由于t2及d相对t1变化对重量的灵敏度较低，优先调整t2及d参数以满足约束条件，优化后的板架重量增加约10％～25％。表2、表3中a取不同值对最终优化结果影响较小，可根据实际应用时的功能性要求(如层高要求，穿管直径要求等)选择不同的a和d参数。另外，由于复合材料比刚度高，在同样采用钢制主要支撑构件的条件下，可以提升板架固有频率约40％，较高的固有频率可避免工作状态下共振而引起的破坏。如以碳纤维或者其他比强度更高复合材料作为建造基材，则可在同等设计参数下更佳的力学性能，或者同等设计余量下更显著的轻量化效果。以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。当前第1页1 2 3