本發(fā)明屬于抗壓結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多平面耐壓結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在保證抗壓性能的同時，降低了柱體與球殼之間的過渡段對整個多平面柱殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性影響。

背景技術(shù)：

對于在工作時需要承受很大的外部壓力的設(shè)備而言，如航空器、潛艇、子彈等，其柱殼結(jié)構(gòu)對其抗壓性能有著至關(guān)重要的影響。為增強外殼結(jié)構(gòu)的抗外壓能力，通常具有兩種方法，一種是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行加厚來增強自身的結(jié)構(gòu)特性，另一種方法是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行改造，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)勢達到增強結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的目的。例如，美國發(fā)明專利US005711244公開了一種具有較強抗外壓能力的多平面柱殼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的柱體部分是平面板塊在空間上按一定周期折疊拼接而成的，尾部為球封頭結(jié)構(gòu)，而且柱體部分和球封頭通過過渡段連接，形成一個密封的類似柱殼結(jié)構(gòu)。在這種多平面柱殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)有技術(shù)中還提出了其他一些多平面柱殼結(jié)構(gòu)的加強結(jié)構(gòu)。

然而，進一步的研究表明，由于整個多平面柱體結(jié)構(gòu)采用的是平面板塊在空間上的折疊拼接，導(dǎo)致柱體結(jié)構(gòu)必須利用過渡段結(jié)構(gòu)才能與球型封頭進行連接。在此情況下，如果采用圓弧的過渡段進行拼接，由于過渡段結(jié)構(gòu)擁有復(fù)雜的曲率變化，所以不僅生產(chǎn)制造的工藝十分復(fù)雜，而且還會產(chǎn)生很大的誤差。另一方面，過渡段結(jié)構(gòu)的存在還會導(dǎo)致整體多平面柱殼結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)特性降低，水下抗壓能力下降。相應(yīng)地，本領(lǐng)域亟需對多平面柱殼結(jié)構(gòu)作出進一步的完善和改進，克服過渡段生產(chǎn)制造的困難，且能夠避免由于過渡段的存在而導(dǎo)致的多平面柱殼結(jié)構(gòu)整體性能下降的缺陷，以滿足其抗壓性能和生產(chǎn)方式的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種多平面耐壓結(jié)構(gòu)，其中通過對其關(guān)鍵組成部件各自的設(shè)置方式及其相互銜接配合等方面進行設(shè)計,相應(yīng)能夠充分利用球型結(jié)構(gòu)的曲率變化和多平面柱體的折疊變化這兩種不同特征，同時可兼具球殼和柱體兩種殼體的優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性,而且在實際制造過程中能夠不再需要在柱體與半球殼之間設(shè)置過渡段,由此有效避免由于過渡段的存在而導(dǎo)致的多平面柱殼結(jié)構(gòu)整體性能下降等缺陷，因而尤其適用于潛艇、航空器或彈體之類設(shè)備的用途。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種多平面耐壓結(jié)構(gòu)，該多平面耐壓結(jié)構(gòu)由多平面柱體和設(shè)置在其兩端的多平面半球殼共同組合而成，或直接由兩個相同的多平面球殼組合而成；

其中：所述多平面柱體是具備多個棱面的多棱柱形狀，該多棱柱的表面由多個結(jié)構(gòu)相同的第一基本平面板塊彼此折疊拼接而成，并且彼此相鄰的第一基本平面板塊之間均存在一定的平面夾角；

所述多平面半球殼整體呈球殼形狀，它的表面由多個第二基本平面板塊彼此折疊拼接而成，彼此相鄰的第二基本平面板塊之間均存在一定的平面夾角；且所述多平面半球殼底部的截面形狀與所述多平面柱體的橫截面相同，由此與該多平面柱體或另一相同的多平面半球殼相配合共同組合成完整的殼體結(jié)構(gòu)。

進一步優(yōu)選地，所述多平面半球殼由縮減柱殼段和封頭段組成，所述縮減柱殼段由多個所述第二基本平面板塊在空間上折疊拼接而成，該第二基本平面板塊的結(jié)構(gòu)沿背離多平面柱體方向逐漸變化，由此所述縮減柱殼段沿背離多平面柱體方向的半徑逐漸減小，并與所述封頭段一起構(gòu)成多平面半球殼。采用上述結(jié)構(gòu)的多平面半球殼與多平面柱體相連接時不需要復(fù)雜的曲面過渡，采用直線過渡，便于安裝；且多平面半球殼在制作時不需要曲面加工，采用平面折角即可，制造工藝更簡單。

進一步優(yōu)選地，所述多平面半球殼的封頭段可以是平面封頭、多平面錐形封頭或傘面狀封頭。采用上述形狀的封頭來對多平面半球殼封頭，既可以簡化封頭段與縮減柱殼段的連接工藝，又能保證多平面半球殼的抗壓能力。

進一步優(yōu)選地，所述第一基本平面板塊和第二基本平面板塊為三角形或四邊形，優(yōu)選為等腰三角形或等腰梯形。等腰三角形或等腰梯形在制造時易于折疊形成，便于大量制作具有夾角的平面板塊，且由此制得的多平面空間板塊抗壓時受力更均勻，能承受的壓強更大。

進一步優(yōu)選地，所述多平面耐壓結(jié)構(gòu)可以是一層或是多層。當多平面柱殼結(jié)構(gòu)的抗壓性能要求較高時，采用多層疊加的方式，能夠有效地加強多平面柱殼結(jié)構(gòu)，提高其抗壓性能。

進一步優(yōu)選地，在所述多平面耐壓結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和/或外層設(shè)置有光滑的表皮以構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。光滑的表皮能夠減少應(yīng)力集中的情況，因此在多平面柱殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)外設(shè)置表皮，能夠在不增加生產(chǎn)制造難度的前提下，有效地提高多平面柱殼結(jié)構(gòu)的整體耐壓性能。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明的多平面球型耐壓結(jié)構(gòu)利用球型結(jié)構(gòu)的曲率變化和多平面柱體的平面板塊的折疊變化制造而成，兼具了球殼和柱體兩種殼體的優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性，同時降低了多平面柱體結(jié)構(gòu)與封頭結(jié)構(gòu)之間過渡段對整個多平面柱殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性影響，更好的發(fā)揮了多平面結(jié)構(gòu)的抗壓特性。在制造方面，由于多平面半球殼僅僅需要平面折角，不需要進行曲面加工，所以使用一般的彎板機就可以進行加工，與光滑半球殼相比省略了曲面加工的過程，降低了生產(chǎn)工藝的難度。在與多平面柱體進行安裝連接時，多平面半球殼明顯優(yōu)于光滑半球殼，因為在整體安裝過程中，多平面柱體和光滑半球殼的連接是直線到曲線的過渡，需要復(fù)雜的曲面過渡，而多平面半球殼與多平面柱體/多平面半球殼相連接截面是相同的多邊形形狀，所以可以很好的進行連接。

(2)本發(fā)明所述多平面半球殼由縮減柱殼段和封頭段組成，所述封頭段可以是平面封頭、多平面錐形封頭或傘面狀封頭。采用上述形狀的封頭來對多平面半球殼封頭，既可以簡化與縮減柱殼段的連接工藝，又能保證多平面半球殼的抗壓能力。

(3)所述多平面半球殼的基本平面板塊為三角形或四邊形，優(yōu)選為等腰三角形或等腰梯形。等腰三角形或等腰梯形在制造時易于折疊形成，便于大量制作具有夾角的平面板塊，且由此制得的多平面空間板塊抗壓時受力更均勻，能承受的壓強更大。

(4)本申請的多平面耐壓結(jié)構(gòu)可以是一層或是多層。當多平面耐壓結(jié)構(gòu)的抗壓性能要求較高時，采用多層疊加的方式，能夠有效地加強多平面柱殼結(jié)構(gòu)，提高其抗壓性能。在所述多平面耐壓結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和/或外層設(shè)置有光滑的表皮以構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。光滑的表皮能夠減少應(yīng)力集中的情況，因此在多平面柱殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)外設(shè)置表皮，能夠在不增加生產(chǎn)制造難度的前提下，有效地提高多平面柱殼結(jié)構(gòu)的整體耐壓性能。

(5)由于本發(fā)明的構(gòu)思的多平面柱殼結(jié)構(gòu)去掉了過渡段，其生產(chǎn)工藝相比具有過渡段的柱殼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝簡單，且能夠避免由于過渡段的存在而導(dǎo)致的多平面柱殼結(jié)構(gòu)整體性能下降的缺陷，尤其適用于制造抗壓性能強的多平面耐壓結(jié)構(gòu)，還具有抗壓能力強、加工簡單，制作周期短、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。

附圖說明

圖1(a)和1(b)是本發(fā)明的多平面耐壓柱殼的模擬圖；

圖2是本發(fā)明的多平面半球殼的結(jié)構(gòu)分解模擬圖；

圖3是本發(fā)明的多平面半球殼的主視圖；

圖4是多平面半球殼平面封頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是多平面半球殼的傘面狀封頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是多平面半球殼的多平面錐形封頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7(a)和7(b)是本發(fā)明的基本平面板塊形狀的示意圖；

圖8是本發(fā)明的具有夾層結(jié)構(gòu)的多平面耐壓結(jié)構(gòu)的軸向剖視圖；

圖9是本發(fā)明的具有夾層結(jié)構(gòu)的多平面耐壓結(jié)構(gòu)的徑向剖視圖；

圖10是多平面耐壓柱殼機構(gòu)采用仿真的實物效果圖；

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

ⅰ-封頭段，ⅱ-縮減柱殼段，Ⅰ-多平面夾層半球殼，Ⅱ-多平面夾層柱體，Ⅲ-多平面夾層平板封頭半球殼，1-柱殼結(jié)構(gòu)的外層光滑表皮，2-多平面夾層柱殼結(jié)構(gòu)，3-柱殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)層光滑表皮；

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1(a)和(b)所示是多平面耐壓結(jié)構(gòu)的模擬圖；圖8和圖9是在外層設(shè)置光滑表皮后的具有夾層結(jié)構(gòu)的多平面柱殼結(jié)構(gòu)的軸向和徑向剖視圖，圖10是根據(jù)多平面柱殼機構(gòu)采用仿真的航天器、彈頭模型等的效果圖。

如圖1(a)和(b)所示是多平面耐壓結(jié)構(gòu)的模擬圖，如圖1(a)所示是一種多平面柱體和設(shè)置在其兩端的多平面半球殼共同組合而成的多平面耐壓結(jié)構(gòu)，如圖1(b)所示是一種由兩個相同的多平面球殼組合而成多平面耐壓結(jié)構(gòu)，

其中：所述多平面柱體是具備多個棱面的多棱柱形狀，該多棱柱的表面由多個結(jié)構(gòu)相同的第一基本平面板塊彼此折疊拼接而成，并且彼此相鄰的第一基本平面板塊之間均存在一定的平面夾角；

所述多平面半球殼整體呈球殼形狀，它的表面由多個第二基本平面板塊彼此折疊拼接而成，彼此相鄰的第二基本平面板塊之間均存在一定的平面夾角；且所述多平面半球殼底部的截面形狀與所述多平面柱體的橫截面相同，由此與該多平面柱體或另一相同的多平面半球殼相配合共同組合成完整的殼體結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述多平面半球殼由縮減柱殼段和封頭段組成，所述縮減柱殼段由多個所述第二基本平面板塊在空間上折疊拼接而成，該第二基本平面板塊的結(jié)構(gòu)沿背離多平面柱體方向逐漸變化，由此所述縮減柱殼段沿背離多平面柱體方向的半徑逐漸減小，并與所述封頭段一起構(gòu)成多平面半球殼。

如圖2所示，對多平面半球殼進行了結(jié)構(gòu)上的拆分，可以看出整個結(jié)構(gòu)主要由封頭段ⅰ和縮減柱殼段ⅱ兩部分組成，如圖3所示的多平面半球殼的主視圖，縮減柱殼段由多個所述第二基本平面板塊在空間上拼疊形成；且所述縮減柱殼段沿背離多平面柱體方向的半徑逐漸減小，并與所述封頭段一起構(gòu)成多平面半球殼。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，多平面半球殼封頭段的形狀可根據(jù)自身需要進行合理選取和設(shè)計，如圖4-6所示，根據(jù)使用時的需要，所述多平面半球殼的封頭段可以是平面封頭、多平面錐形封頭或傘面狀封頭。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，所述平面板塊為三角形或四邊形，優(yōu)選為等腰三角形或等腰梯形，對整個多平面球殼的拼接基本單元進行設(shè)計，可將構(gòu)成整個多平面的基本單元設(shè)置為如圖7(a)和7(b)所示的等腰三角形平板單元或者等腰梯形平板單元。

本發(fā)明的一個具體實施例中，所述多平面柱殼結(jié)構(gòu)可以是一層或是多層疊加的結(jié)構(gòu)。當多平面柱殼結(jié)構(gòu)的抗壓性能要求較高時，采用多層疊加的方式，能夠有效地加強多平面柱殼結(jié)構(gòu)，提高其抗壓性能。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述多平面柱殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和/或外層表面設(shè)置有光滑的表皮以構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。光滑的表皮能夠減少應(yīng)力集中的情況，因此在多平面柱殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)外設(shè)置表皮，能夠在不增加生產(chǎn)制造難度的前提下，有效地提高多平面柱殼結(jié)構(gòu)的整體耐壓性能。

如圖8至圖9是在外層設(shè)置光滑表皮后的夾層結(jié)構(gòu)的多平面耐壓結(jié)構(gòu)示意圖，圖8為內(nèi)外層設(shè)有光滑表皮的多平面耐壓柱殼的軸向截面圖，其中多平面耐壓結(jié)構(gòu)被分為三個區(qū)，Ⅰ為多平面夾層半球殼，該多平面半球殼采用錐形的封頭，Ⅱ為多平面夾層柱體，Ⅲ為多平面夾層平板封頭半球殼，且從圖8和9中所示，在多平面夾層柱殼結(jié)構(gòu)2的內(nèi)外分別設(shè)置有外層光滑表皮1和內(nèi)層光滑表皮3。如圖9為多平面柱殼結(jié)構(gòu)中的截面A-A的截面圖，多平面柱體的橫截面為正六邊形。正多邊形的結(jié)構(gòu)相比其他形狀更穩(wěn)定，在外界壓力較大的情況下，采用正多邊形的結(jié)構(gòu)能夠有效地提高多平面柱殼的抗壓能力。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。