Узел соединения элементов конструкций из композиционных материалов

 

Изобретение относится к высоконагруженным конструкциям из полимерных композиционных материалов и может применяться в области авиастроения и космической техники. Целью изобретения является повышение несущей способности узла соединения и технологичности его изготовления. Узел соединения элементов конструкций из композиционных материалов содержит усиливающий элемент, состоящий из сердечника 1 и оболочки 2 и имеющий в сечении треугольную форму с плоским основанием 3 и двумя боковыми дугообразными сторонами 4. Оболочка 2 непрерывна, покрывает сердечник 1 и выполнена из пространственно армированного материала, тканого, плетеного или вязаного. Усиливающий элемент представляет собой единое целое сердечника 1 и оболочки 2 и расположен между обшивкой 5 панели и слоями 6 стенки ребра 7 в зоне их перехода в лапки 8. Сердечник усиливающего элемента выполнен из высокомодульных длинномерных волокон, ориентированных вдоль длины усиливающего элемента, либо из пеноматериала, армированного короткорубленным волокном или микросферами. Жесткость оболочки определяется количеством и направлениями армирования слоев, образующих оболочку 2, и выбирается из условия согласования жестокостей сердечника и компонентов конструкции, примыкающих к сердечнику. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к высоконагруженным конструкциям из полимерных композиционных материалов и может применяться в области авиастроения и космической техники. Известно техническое решение, согласно которому в соединении компонентов интегральных конструкций используется металлический, например титановый, Т-образный элемент, который вводится в зону соединения с конструкцией с помощью какого-либо связующего [1]. Известно другое техическое решение, согласно которому в зону соединения обшивки панели с ребром жесткости вводится усиливающий элемент клиновидной формы, имеющий тело, основание и две спрофилированные стороны, сходящиеся к верхнему ребру. Тело усиливающего элемента состоит из пакета слоев волокнистого композиционного материала, набранных по высоте элемента и контактирующих с основанием и боковыми сторонами элемента [2]. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является усиливающий элемент для соединения конструкций из композиционных материалов, который имеет клиновидную форму и состоит из вкладыша и сердечника. Вкладыш имеет плоское основание и две боковые дугообразные стороны, которые сходятся к верхнему ребру. Сердечник располагается между сторонами и основанием вкладыша. Боковые стороны вкладыша, а также каждая боковая сторона и основание вкладыша сшиты нитью из композиционного материала и образуют единый элемент. Усиливающий элемент в виде единого целого прикреплен боковыми сторонами вкладыша к двум слоям стенки, находясь между ними, а основанием связан с обшивкой. Вкладыш образован слоями композиционного материала, армированными в направлении вдоль длины усиливающего элемента и в направлении поперек длины усиливающего элемента, причем волокна армирующего материала повторяют контур соответствующей стороны клина. Вкладыш может быть изготовлен из любого известного материала, например углепластика, стеклопластика, органопласта. Однако, как правило, материал вкладыша соответствует материалу конструкции. Сердечник выполнен из однонаправленных волокон, например угольных, ориентированных в направлении вдоль длины усиливающего элемента. Сшивка вкладыша производится арамидными нитями типа Кевлар [3]. Недостатками данной конструкции являются: невысокая межслоевая прочность вкладыша, обусловленная низкими значениями межслоевой сдвиговой прочности при отрыве системы слоев с направлением армирования 0^o и 90^o, образующих вкладыш, наличие зон концентрации максимальных напряжений на поверхности контакта сердечника и вкладыша, вкладыша и соединяемых компонентов конструкции ввиду значительной разности жестокостей этих элементов по сечению узла соединения; низкая технологичность изготовления усиливающего элемента, требующего наличия специальной оснастки. Целью изобретения является повышение несущей способности узла соединения и повышение технологичности изготовления и повышение технологичности изготовления усиливающего элемента. Сущность изобретения состоит в применении в высоконагруженном интегральном соединении усиливающего элемента, содержащего сердечник и оболочку, которая непрерывна по контуру сечения и выполнена из пространственно армированного материала, причем значение жесткости оболочки находится в интервале жесткостей сердечника и слоев компонентов конструкции, примыкающих к оболочке. Материалом оболочки может быть любая тканая, плетеная или вязаная композиция, например угольная или гибридная ткань. Однако, как правило, материал оболочки определяется материалом конструкции. В качестве материала сердечника могут использоваться высокомодульные длинномерные волокна либо вспененная композиция, армированная короткорубленным волокном или микросферами. При этом достигается повышение несущей способности узла соединения за счет повышения межслоевой сдвиговой прочности и межслоевой прочности при отрыве усиливающего элемента путем использования пространственно армированной непрерывной оболочки, включающейся в работу растяжением, снижение концентрации напряжений в зонах контакта усиливающего элемента с компонентами конструкции за счет согласования жесткостей по сечению узла соединения и повышение технологичности изготовления ввиду применения высокоэффективных механизированных (или простейших) методов изготовления усиливающего элемента. На чертеже изображен общий вид интегрального узла соединения компонентов панели с применением усиливающего элемента. Усиливающий элемент состоит из сердечника 1 и оболочки 2 и имеет в сечении треугольную форму с плоским основанием 3 и двумя боковыми дугообразными сторонами 4. Оболочка 2 непрерывна, покрывает сердечник 1 и выполнена из пространственно армированного материала, тканого, плетеного или вязаного. Усиливающий элемент представляет собой единое целое сердечника 1 и оболочки 2 и расположен между обшивкой 5 панели и слоями 6 стенки ребра 7 в зоне их перехода в лапки 8. Жесткость оболочки определяется количеством и направлениями армирования слоев, образующих оболочку 2, и выбирается из условий согласования жесткостей сердечника и компонентов конструкции, примыкающих к сердечнику. Усиливающий элемент выполняется обертыванием тканым материалом сердечника, изготовленного методом пултрузии или методом совместного получения пултрузионного сердечника с тканой оплеткой. Усиливающий элемент в виде полуфабриката или готовой детали помещается в зону соединения ребра жесткости с обшивкой панели и проходит процесс автоклавного формирования совместно с изделием. Второй вариант предполагает применение адгезива между усиливающим элементом и прилегающим к нему компонентами конструкции. За счет использования в усиливающем элементе пространственно армированной непрерывной оболочки, имеющей жесткость, согласующуюся с жесткостями примыкающих компонентов конструкций, можно получить высокоэффективный узел соединения для высоконагруженных конструкций.

Формула изобретения

1. Узел соединения элементов конструкций из композиционных материалов, содержащий усиливающий элемент, состоящий из сердечника и оболочки и имеющий треугольную форму с плоским основанием и двумя боковыми дугообразными сторонами, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности узла соединения и технологичности его изготовления, оболочка выполнена из пространственно армированного материала и непрерывна по контуру сечения усиливающего элемента. 2. Узел соединения по п.1, отличающийся тем, что пространственно армированный материал оболочки является тканым, плетеным или вязаным. 3. Узел соединения по п.1, отличающийся тем, что материал сердечника представляет собой высокомодульные длинномерные волокна, ориентированные вдоль длины усиливающего элемента, либо вспененную композицию, армированную короткорубленным волокном или микросферами. 4. Узел соединения по пп.1 и 2, отличающийся тем, что оболочка имеет жесткость, значение которой находится в интервале жесткостей сердечника и слоев, непосредственно примыкающих к наружной поверхности боковых сторон оболочки усиливающего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---