Опорный шпангоут из композиционного материала

 

Использование: в качестве подкрепляющего элемента криволинейных конструкций . Сущность изобретения: опорный шпангоут состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки с попарно установленными между их слоями продольными и радиальными жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорные элементы. Армирующие волокна, образующие кольцевые полки, поочередно располагаются с противоположных сто рбн как продольных, так и радиальных пластинчатых или стержневых элементов одного ряда, а армирующие волокна, образующие распорные элементы, поочередно располагаются с противоположных сторон как продольных, так и радиальных пластинчатых или стержневых элементов смежных рядов и закреплены по их противолежащим концам. Ребра распорных элементов образуют между смежными ряда ми тшаетТШЧатых или стержневых элементов пары четырехгранных пирамид с общими вершинами в узлах перекрещивания распорных элементов. 2 ил. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

1(р V ,,Ы 0 (61) 1719758 (21) 4877190/33 (22) 24,10.90 (46) 07,10.92. Бюл. ¹ 37 (71) Централ ьн ы и научно-исследо вател ьский институт специального машиностроения (72) А.Н.Норкин, А.Г,Коробейников, А,И.Уфимцев и М,А.Терешонков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1719758, кл. F 16 1 9/12, 1991. (54) ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: в качестве подкрепляющего элемента криволинейных конструкций. Сущность изобретения: опорный шпангоут состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки с попарно устаИзобретение относится к строительству, может быть использовано в качестве подкрепляющего элемента конструкций тюбингов, шахтных колодцев, арочных перекрытий и т.п., в том числе и с переменной кривизной поперечного сечения и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт.св. ¹ 1719758.

Известный опорный шпангоут из композиционного материала образован чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон спиральной и кольцевой намоток, формирующих полки с установленными между их слоями жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорнйе элементы, закрепленные по концам пластинчатых или стержневых элементов так, (s1)s Е 04 С 3/29, F 16 L 9/12

- ;"rã ..: новленными между их слоями продольными и радиальными жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорные элементы. Армирующие волокна, образующие кольцевые полки, поочередно располагаются с противоположных сторбн как продольных, так и радиальных пластинчатых или стержневых элементов одного ряда, а армирующие волокна, образуюшие распорные элементы, поочередно располагаются с противоположных сторон как продольных, так и радиальных пластинчатых или стержневых элементов смежных рядов и закреплены по их противолежащим концам. Ребра распорных элементов образуют между смежнымй рядайй пласт ийча- ) тых или стержневых элементов пары четырехгранных пирамид-с общими верши- (/) нами в узлах перекрещивания распоротых элементов, 2 ил, что образуют между их рядами пары четырехгранных пирамид с общими вершинами в узлах перекрещйванйя распбфных элементов, расположенных по их" ребрам. Однако такая конструкция опорногб шпангоута обладает рядом недостатков, ocHoBHblMM из которых являются: невысокая жесткость конструкции в радиальном направлении, ограничиваемая геометрическими размерами шйангоута, с увеличением размеров поперечйого сечения растет длина распорных элЕМентов, что ведет к их прогибу при нагружении конструкции; низкая прочность" шпангоута при несймметричнбм йагружении, вызываю(цвм появление изгибающего момента на распорных элементах;

1767126 передача нормальных напряжений от одной полки к другой происходит только через дискретно расположенные узлы пересечения распорных элементов, размещенных вдоль продольной оси шпангоута, Учитывая, что узлы пересечения являются концентраторами напряжений, очевидна связанная с этим низкая прочность конструкции, Перечисленные недостатки отрицательно влияют на эксплуатационные характеристйки известной конструкции шпангоута.

Целью дополнительного изобретения является повышение жесткости и прочности конструкции шпангоута.

Поставлейная цель достигается тем, что в опорном шпангоуте из композиционного материала по авт, св, СССР ¹ 1719758 его кольцевые полки снабжены дополнительными радиальными пластинчатыми или стержневыми элементами, попарно установленными между продольными пластинчатыми или стержневыми элементами вдоль образующих, а чередующиеся зигзагообразные волокна кольцевой намотки распорн ых элементов закреплены поочередно по концам основных и дополнительных пластинчатых или стержневых элементов.

На фиг.1 изображен кольцевой шпангоут; на фиг.2 — фрагмент шпангоута на фиг.1.

Опорный шпангоут 1 (фиг,1) состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон спиральной и кольцевой намоток, формирующих кольцевые полки 2 с попарно установленными между их слоями продольными 3 или радиальными 4 жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорные элементы 5.

Непрерывные армирующие волокна 6 (фиг.2) образуют кольцевые полки 2 и распорные элементы 5 посредством переплетения со стержневыми или пластинчатыми элементами 3 и 4. Армирующие волокна 6 поочередно располагаются с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 3 и 4, огибая их по винтовой спирали так, что смежные волокна, формирующие полки 2, нахбдятся с противоположных сторон как продольных 3, так и радиальных 4 пластинчатых или стержневых элементов одного ряда, а смежные волокна, формирующие распорные элементы 5, находятся с противоположных сторон как продольных 3, так и радиальных 4 пластинчатых или стержневых элементов смежных рядов и закреплены поочередно по их противолежащим концам, Ребра 7 распорных элементов 5 образуют между чередующимися рядами пластинчатых или стержневых элементов 3 и 4 пары четырехгранных пирамид с общими

10 стержневые элементы с его фиксацией на

15 концах последних при намотке распорных элементов, фиксация волокон на концах

45

55

35 вершинами в узлах 8 перекрещивания распорных элементов 5..

Формообразование предлагаемой конструкции опорного шпангоута осуществляется путем следующей последовательности операций: сборка оправки с установкой пластинчатых или стержневых элементов по линиям, образующим заданный профиль шпангоута; намотка заготовки шпангоута с формообразованием полок и pBcllopHblx элементов путем подачи волокнистого армирующего материала на пластинчатые или пластинчатых или стержневых элементов. фиксация волокон на концах пластинчатых или стержневых элементов осуществляется любым из известных способов закрепления (с помощью упоров, нанесением быстроотверждающегося состава и т.п,) с последующим отверждением; удаление оправки, Наличие радиальных пластинчатых или стержневых элементов, попарно установленных между продольными пластинчатыми или стержневыми элементами так, что чередующиеся волокна распорных элементов закреплены поочередно по концами тех и других пластинчатых или стержневых элементов, позволяет повысить как изгибную, так и крутильную прочность и жесткость конструкции, а также улучшить передачу нагрузки от одной полки к другой.

Пример, Для экспериментальной проверки технического решения был реализован фрагмент конструкции опорного шпангоута с высотой профиля 30 мм и кривизной внутренней и наружной полок радиусом 92 мм и 122 мм соответственно.

Ширина полки шпангоута составила 30 мм, Стержневые элементы были выполнены в виде полых штифтов круглого поперечного сечения диаметром 44 мм (внутренний диаметр 2 мм) и длиной 35 мм, Штифты:формировали на основе высокомодульной углеродной нити УКН и эпоксидного связующего. Базой для изготовления фрагмента шпангоута являлась металлическая оправка, в торцовую часть которой устанавливались стержневые элементы двумя рядами как по окружности, так и в радиальном направлении. Шпангоут формировался "мокрой" намоткой нитей УКН, пропитанных эпоксидным связующим, путем вышеуказанной последовательности операций, Предлагаемая конструкция о1орного шпангоута позволяет получить высокую

1767126

6ЯГ.1

Фvr 2

Составитель Е.Чернявская

Техред М,Моргентал;: Корректор M.Àíäðóøåíêî

Редактор

Заказ 3530 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарийа, 101 прочность изделия при одновременном снижении ее деформативности, Формула изобретения

Опорный шпангоут из композиционного материала по авт.св, ¹ 1719758, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения жесткости и прочности, его кольцевые полки снабжены дополнительными радиальными пластинчатыми или стержневыми элементами, попарно установленными между пластинчатыми или стержневыми элементами вдоль образующих, а чередующиеся зиг5 эагообразные волокна кольцевой намотки распорных элементов закреплены поочередно по концам основных и допог.нительных стержневых элементов.