Опорный шпангоут

 

Изобретение относится к строительной технике, а именно к опорным шпангоутам, и может быть использовано в качестве силового набора для локального подкрепления силовых конструкций цилиндрических труб и оболочек секций контейнеров. Цель изобретения - повышение прочности, жесткости и весового совершенства. Опорный шпангоут двутаврового или таврового поперечного сечения состоит из оправки-каркаса и наружной обшивки, выполненной из композиционного материала и образованной чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон меридиональной, спиральной и (или) кольцевой ориентации. Оправкакаркас выполнена в виде скрепления между собою колец коробчатого сечения из композиционных волокнистых материалов, образующих в сечении двутавровый или тавровый профиль с пустотелым и (или) целым кольцевым ребром 3, при этом наружная обшивка 4 закреплена на наружных поверхностях колец посредством клеевой отвержденной массы и крепежных элементов. Стенки колец каркаса и наружной обшивки дополнительно скреплены втулками с отбортовками, установленными запрессовкой и раздвижением силовой армировки колец и обшивки со стороны внутренних полостей полок 1, 2 и (или) ребра, которое может быть выполнено из совмещенных стенок наружной обшивки. 3 з.п. ф-лы, 15 ил.

„„SU„, 15555 6

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 F 16 L 9/08, Е 04 С 3/29

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4374045/23-33 (22) 12.11.87 (46) 07.04.90. Бюл. № 13 (72) И.А.Егоренков (53) 621.643.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1285129, кл. Е 04 С 3/29, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1320359, кл. Е 04 С 3/29, 1985. (54) ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ (57) Изобретение относится к строительной технике, а именно к опорным шпангоутам, и может быть использовано в качестве силового набора для локального подкрепления силовых конструкций цилиндрических труб и оболочек секций контейнеров. Цель изобретения — повышение прочности, жесткости и весового совершенства, опорный шпангоут двутаврового или таврового поперечного сечения состоит из оправки-каркаса и наружной обшивки, выполненной нз композиционного материала и образованной чередующимися слоями непрерывных армнрующих волокон меридиональной, спиральной и (или) кольцевой ориентации. Оправка-каркас выполнена в виде скрепленных между собою колец коробчатого сечения из композиционных волокнистых материалов, образующих в сечении двутавровый или тавровый профиль с пустотелым и (или) целым кольцевым ребром 3, при этом наружная обшивка 4 закреплена на наружных поверхностях колец посредством клеевой отвержденной массы и крепежных элементов. Стенки колец каркаса и наружной обшивки дополнительно скреплены втулками с отбортовхами, установленными запрессовкой

2 и раздвижением силовой армировки колец и обшивки со стороны внутренних полостей полок 1, 2и (рли) ребра, которое может быть выполнено из совмещенных . стенок наружной обшивки. 3 з.п.A-лы, 15 нл.

1555586

Изобретение относится к строительной технике и машиностроению и может быть использовано в качестве силового набора для локального подкреп5 ления изделий различного класса и назначения, в частности для повышения кольцевой жесткости цилиндрических труб и оболочек, секций контейнеров различного класса и назначения, в ка- 10 честве ребер жесткости топливных баk ков, цистерн и емкостей, башенных и куполообразных перекрытий, отдельных стыковочных узлов и подкрепляющих элементов. 15

Цель изобретения — повышение прочности, жесткости и весового совершенства.

На фиг. 1 изображена предложенная конструкция шпангоута, общий вид; на фиг. 2 — 13 — разрез А-А на фиг.1 (варианты поперечных сечений); на фиг. 14 — принципиальная меридиональная схема формообразования элементов шпангоута; на фиг. 15 — принципиальная комбинированная схема формообразования шпангоута, в которой одновременно задействованы меридиональная, спиральная и кольцевая намотки.

Опорньп» шпангоут состоит из оправ- 30 ки-каркаса, выполненной в виде скрепленных между собой торовых поясов, образующих в поперечном сечении двутавровый профиль с пустотелыми полками 1 и 2, распорным кольцевым ребром 3

35 и наружной обшивкой 4, закрепленной на боковых поверхностях колец по всему контуру шпангоута посредством клеевой отвержденной массы и крепежных элементов-винтов или штифтов.

На фиг. 2 показан первый вариант шпангоута, представляющий собой три совмещенных между собой полых торообразных пояса 1-3, скрепленных между собой наружной обшивкой 4.

Каждая из поясов 1 и 3 имеет замкнутые кольцевые полости 5-7, не сообщающиеся между собой. Каждый иэ поясов имеет по два силовых кольца, коаксиально или параллельно расположен50 ных относительно друг друга: для торообразного пояса 1 — кольца 8 и 9; для торообразного пояса 2 — кольца

10 и 11; для торообразного пояса 3— кольца 12 и 13.

Кольца 8-13 изготовлены из ткан55 ного или ленточного (нитяного) материала, пропитанного отвержденным свя-. зующим, »loJIocTH 5-7 поясов o»»opI»oFo шпангоута образованы путем удаления из колец 8-13 специальных съемных элементов, На фиг. 3 показан второй вариант шпангоута, также имеющий двутавровый профиль и состоящий из трех колей 14 и 15, жестко скрепленных между собой обшивкой 16, образующей центральное кольцевое ребро 17 жесткости с полым кольцевым ребром 18, заранее изготовленным методами намотки и ,прессования и совмещенным со стенками наружной обшивки.

Этот вариант конструкции шпангоута в отличие от ранее описанных имеет две кольцевые полости 19 и 20, не сопрягаемые между собой. Каждый из торообразных поясов шпангоута также

i снабжен жесткими кольцами 21, 22 и

23, 24. Полости 19 и 20 этого варианта образованы известным способом изготовления.

На фиг. 4 показан вариант двутаврового шпангоута, также имеющего два полых торообраэных пояса 25 и 26, жестко соединенных между собой обшивкой 27, образующей в центральной (средней) зоне шпангоута ребро 28, подкрепленное одним или двумя колодцами 29 и.30, выполненными методами намотки и прессования или изготовленными методами литья, например, из клеевой отвержденной массы, В отличие от перечисленных вариантов конструкций шпангоута эта не имеет дополнительных колец, ее торообразные пояса 25 и 26 изготавливаются методами намотки на специально изготовленных торообразных оправках из легкоудаляемого материала — восковой солевой или песчано-полимерной основы. Материал оправок из полостей удаляется через специальные технологические отверстия 31 и 32, образуемые методом прокалывания-раздвижения нитяной армировки заготовок, элементов, пропитанных еще неотвержденным связующим.

На фиг. 5 показан вариант конструкции шпангоута, составленного из трех торообразных поясов, образующих при совмещении двутавровый профиль.

Каждый из поясов 33-35 и ребро 36 образованы на оправках 37-39 из пенополиуретана, заранее вспененного и отвержденного в специальных торообразных формах.- Нижний пояс выполнен на комбинированной оправке, средняя

5 15555 часть 39 которой выполнена из пенополиуретана или сферопластика, а краевые 40 и 41 — из песчано-полимерной массы, удаляемой в процессе изготовления через технологические отверстия 42 и 43, образуемые проколом (раздвижением) силовой армировки заготовок, находящейся в неотвержденной матрице-связуюшем.

На фиг. 6 показан вариант коробчатого шпангоута двутаврового профиля, имеющего. в составе своей силовой компоновки два кольцевых торообразных пояса 44 и 45, связанных между собой наружной обшивкой 46, образованной совмещением стенок 47 срединной части, жестко скрепленных между собой клеевой отвержденной <массой> реэьбовыми втулками 48 и/или винта- 20 ми 49, В случае необходимости, например, для увеличения жесткости этот вариант шпангоута может быть подкреплен дополнительными пустотелыми торообраз- 25

; ными шпангоутами-оболочками 50 и 51.

Торообраэные пояса 44 и 45, а также оболочки .50 и 51 имеют кольцевые замкнутые канальг 52-54, сообщающиеся 30 (52 и 53) или не сообщающиеся (50 и

54) между собой.

Все торообразные пояса имеют технологические отверстия 55 и 56, необходимые для удаления из полостей 5254 легкоразрушаемых масс оправок.

В случае необходимости (например, для исключения расслоений) стенки торообразных поясов этого варианта и/или их обшивки могут быть дополнительно скреплены резьбовыми втулками

59 и 60 или штифтами.

На фиг. 7 показан вариант шпангоута двутаврового сечения, образованного из двух торообразных поясов-полок

61 и 62 и полого торообразного ребра

63, скрепленных между собой посредством соединительных реэьбовых элементов 64 и 65 и наружной обшивки

66, спрофилированной по профилю по- 50 лок и ребра посредством опрессовки ее стенок в пресс-форме или вакуумкамере. Кольцевые полости 67-69 полок и ребра могут иметь сообщающиеся между собой отверстия. Для удаления из этих полостей массы оправок в боковых стенках этих элементов предусмотрены сквозные отверстия, образованные методом прокалывания (раздвижения) армировки, пропитанной неотвержденным связующим составом.

Эти отверстия подкреплены реэьбовыми втулками 70 — 72, к которым в случае необходимости могут быть присоединены другие детали и узлы.

В описанном варианте предложенная конструкция может выполнять несколько функций: и как шпангоут-воэдуховод, работающий от воздействия локальных нагрузок, и как баллон давления, повышающий одновременно работу на устойчивость его силовых стенок.

Совмещенные варианты компоновки шпангоута описанной конструкции представлены на фиг. 8-13.

Каждое из сечений, представленных на фиг. 8-13, имеет торообразные пустотелые опорные пояса, надетые на кольцевые ребра и скрепленные с ними посредством одной или нескольких обшивок клеевой отвержденной массой.

При этом на фиг. 10 представлено сечение опорного шпангоута с одной полкой 73 и одним ребром 74, а на фиг. 12 и 13 показаны возможные варианты совмещенных сечений крестообразного (фиг.12) или таврового (фиг.13) профиля. Торообразные полки и боковые ребра этих вариантов конструкций связаны между собой одной 75 (фиг. 13) или двумя 76 и 77 (фиг.12) обшивками, скрепленнйми между собой только на торцевых (боковых) поверхностях IIo лых ребер.

В основу технологического процесса всех перечисленных вариантов опорного шпангоута заложен один и тот же принцип изготовления — вначале на легкоразрушаемые оправки посредством ките (ленто) укладчиков (фиг. 14 и 15) методами намотки наносится предварительно пропитанный связующим нитяной или ленточный материал с образованием на них неотвержденных заготовок полок и ребер опорного шпангоута. 3aтем полученные таким образом заготовки совмещаются между собой и скрепляются, образуя соответствующий профиль, и на этот профиль по схемам на фиг. 14 и 15 вновь наносится методами намотки ленточный или нитяной материал, предварительно пропитанный связующим, до заданной толщины пакета стенки, а на последнем этапе полученный намоткой пакет внешней обшивки сдавливается до соответствующего расчетного профиля с проведением по1555586

A-4 следующей термообработки заготовок конструкции по режиму отверждения их связующей массы.

Таким образом, могут быть изготовлены опорные шпангоуты из компози5 ционных волокнистых материалов любых геометрических размеров и формы, с любой ориентировкой нитей в пространстве (по объему стенок шпангоута) и из любых нитяных материалов, пропи" таиных связующей массой.

Формула изобретения

f5

1. Опорный шпангоут из композиционного материала, состоящий из оправки-каркаса профильного поперечного сечения и наружной обшивки, образованной чередующимися слоями непрерывного армирующего элемента меридиональной, спиральной и/или кольцевой ориентации, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, жесткости и весового совершенст- 25 ва, оправка-каркас выполнена в виде скрепленных между собой колец коробчатого сечения с пустотелым и/или цельным по крайней мере одним кольцевым ребром, причем шпангоут имеет технологические отверстия, проходящие через обшивку и оправку-каркас, в которые установлены крепежные элементы.

2, Шпангоут по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что стенки колец оправки-каркаса и внешней обшивки дополнительно скреплены втулками с отбортовками, установленными со стороны внутренних полостей полок и/или ,ребер.

3. Шпангоут по пп. 1 и 2, о т— л и,ч а ю шийся тем, что ребра образованы совмещенными стенками внешней обшивки.

4. Шпангоут по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся пем, что кольца оправки каркаса подкреплены установленными во внутренних полостях дополнительными кольцами, совмещенными стенками или гофрированными кольцевыми элементами.

1555586

Фие.9 И

37

1555586

A-A limp. 7) М-Л(дпа У) Ц?08. 70.l555586

А-4 ИРЮ) A-A /sup ru) 6uz. 11

1555586

155558б

tpgz f5

Составитель Е. Чернявская

Техред Л. Сердюкова Корректор С. Черни

Редактор Л.Гратилло

Заказ 549 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101