Объемный элемент для сотовых конструкций и способ изготовления трехслойных сотовых конструкций с его участием

 

Использование: типовые объемные элементы и изготовление с их использованием трехслойных сотовых конструкций, применяемых в строительной, авиационной, судостроительной, ракетно-космической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: объемный элемент выполнен в виде образующей своими гофрами часть периметра сотовой ячейки многогранной гофрированной ленты с отбортовками по ее краям. Отбортовки направлены в одну сторону от наружной поверхности ленты, образуя поперечный профиль ленты в виде швеллера. Гофрированная лента выполнена с расположенными на боковых сторонах гофров накладками, имеющими отбортовки. Гофрированная лента может быть выполнена в виде набора однотипных поочередно вложенных друг в друга трехгранных объемных элементов с отбортовками и без отбортовок и соединенных с помощью контактной сварки. Способ изготовления сотовых конструкций предусматривает размещение объемных элементов относительно друг друга с совмещением плоскостей контакта, соединение их по этим плоскостям, прикрепление к ним двух обшивок по плоскостям отбортовок контактной сваркой. Изобретение обеспечивает возможность изготовления конструкций как в виде плоских прямоугольных, так и в виде круговых панелей и оболочек в виде цилиндра или конуса как с постоянной, так и с переменной толщиной. 2 с. и 15 з.п.ф-лы, 33 ил.

Изобретение относится к строительной, авиационной, ракетно-космической, судостроительной и другим отраслям промышленности, в частности, к конструкциям трехслойных сотовых панелей и оболочек.

Сварные трехслойные сотовые конструкции применяются при изготовлении легких и прочных изделий разнообразного назначения, сохраняющих работоспособность при повышенных температурах до +800^oC: строительные панели, резервуары, детали самолетов и вертолетов и другие элементы сооружений и конструкций. Они широко используются в разнообразных отраслях современной промышленности для различных целей.

Известен многогранный объемный элемент и способ изготовления трехслойной сотовой конструкции с его участием [1] с. 83 рис. 4.1; с. 84 рис. 4.2; с. 88 рис. 4.7; с. 129 табл. 5.1; с. 137 рис. 5.8; с. 256 табл. 6.1, выбранные в качестве первого аналога. Объемный элемент представляет собой гофрированный лист или ленту. Гофры объемного элемента имеют одинаковые геометрические размеры и повторяют половину контура равносторонней шестигранной или прямоугольной с соотношением сторон 2:1 ячейки. Гофрированный лист или лента выполняются из одного материала и имеют одинаковую структуру по всей поверхности.

Недостатки известного объемного элемента заключаются в следующем.

а. Известный объемный элемент не позволяет соединяться с обшивками с помощью сварки. Это происходит потому, что для него применяют чрезвычайно тонкий материал. Такие материалы сваривают либо точечной, либо роликовой сваркой по специально предусмотренным для этого участкам конструкции. В данном случае конструкция известного объемного элемента не содержит таких участков.

б. Известный объемный элемент не может обеспечить изготовление трехслойных сотовых конструкций с ячейками пятиугольной формы, а также с ячейками от четырехугольной до шестиугольной форм включительно в одной конструкции с заданным чередованием по ее площади.

в. Известный объемный элемент не может увеличить механические характеристики прочности и жесткости трехслойной конструкции в целом, так как для этого необходимо изменить саму конструкцию объемного элемента, что в данном случае не предусмотрено.

г. Известный объемный элемент не может обеспечить изготовление сотовых конструкций как в форме прямоугольных плоских панелей, так и в форме части круга с рядами ячеек, расположенными в радиальных и окружных направлениях, цилиндрической или конической оболочек или их части с рядами ячеек, расположенных вдоль образующей и в кольцевых направлениях, а также комбинаций этих форм конструкций в одной трехслойной сотовой конструкции.

д. Известный объемный элемент и способ изготовления трехслойной сотовой конструкции не могут обеспечить изготовление цилиндрической или конических оболочек или их части без операции гибки системы соединенных между собой объемных элементов. Известно, что при этой операции искажается форма ячеек и снижаются механические характеристики конструкции. Экспериментально это показано в статье В.А. Афанасенко. Исследование прочности и жесткости сотовых заполнителей, формируемых из гофрированных лент, "Механика композитных материалов", 1988, N 6, с. 985-990. Согласно экспериментальным данным падение механических характеристик может достигать 25% Известен многогранный объемный элемент [2] выбранный в качестве второго аналога. Он представляет собой гофрированную ленту с отбортовками в виде равносторонних трапеций, расположенных вдоль ее длинных сторон и направленных по обе стороны ленты перпендикулярно ее плоскости в одном направлении. Гофры объемного элемента имеют одинаковые геометрические размеры и повторяют половину контура шестигранной ячейки. Гофрированная лента выполнена из одного свариваемого металлического материала и имеет одинаковую структуру по всей поверхности. Отбортовки не выступают за плоскость вершин гофров и направлены внутрь их так, что боковые плоскости гофров имеют Z-образный профиль в сечении, а плоскость вершин гофров имеет только одну отбортовку.

Недостатки объемного элемента заключаются в следующем.

а. Известный объемный элемент не может обеспечить изготовление трехслойных сотовых конструкций методом контактной сварки с односторонним присоединением к нему обшивок. Это объясняется тем, что в объемном элементе отбортовки обращены по обе стороны гофрированной ленты и при скреплении объемных элементов с обшивками одна их половина будет обращена наружу и будет доступной для рабочего органа сварочного агрегата, а другая половина отбортовок оказывается внутри ячеек за плоскостью гофрированной ленты и тем самым делается недоступной.

Остальные недостатки повторяют недостатки первого аналога по п. б-д.

Известен многогранный объемный элемент [3] с. 7, 8; с. 13, с. 14 рис. B. 7, выбранный в качестве прототипа. Сведения по этому вопросу содержатся также, например, в сообщении Stresskin design allowables manual Engineering report number SDAM-100, "Astech", 1974.

Согласно прототипу объемный элемент представляет собой гофрированную ленту с отбортовками на кромках длинных сторон. Отбортовки направлены в одну сторону и расположены по одну сторону ленты. Они представляют собой непрерывные полосы, повторяющие вместе с гофрами ленты ее изгибы. В любом сечении ленты, перпендикулярном ее плоскости, она представляет собой швеллер. Поверхности вершин гофров значительно уже их боковых поверхностей. На отбортовках в районе вершин гофров, обращенных в противоположную отбортовкам сторону, выштампованы углубления, в которых размещаются отбортовки вершин гофров соседнего объемного элемента. Таким образом, благодаря этим углублениям гофрированные ленты своими выступами могут быть вложены одна в другую так, что сохраняется общая высота сборки равная ширине гофрированной ленты с отбортовками, а плоскости вершин гофров одной ленты получают возможность соприкасаться с плоскостью вершин гофров соседней гофрированной ленты. Гофры объемного элемента имеют одинаковые геометрические размеры и повторяют половину контура шестигранной ячейки. Гофрированная лента выполнена из одного свариваемого металлического материала и имеет одинаковую структуру по всей поверхности.

Недостатки известного объемного элемента заключаются в следующем.

Во-первых, они повторяют недостатки первого аналога по пп. б-д. Помимо этих недостатков следует указать еще три.

Первый заключается в том, что в месте стыка гофров двух лент для сварки образуется пакет тройной толщины (две отбортовки гофрированных лент и обшивка), что приводит к менее качественной сварке, чем на остальных участках соединения пакета из двух толщин.

Второй заключается в том, что в местах отгиба отбортовок образуются закругления, которые резко снижают прочность и жесткость сотового заполнителя и трехслойной конструкции и в целом под воздействием нагрузок сжатия, направленных вдоль оси ячеек. В отечественных конструкциях гофры лент дополнительно гофрируют, чтобы хоть как-то компенсировать этот недостаток. При этом резко возрастает сложность и без того сложных штампов, а, следовательно, и их стоимость, что сказывается на стоимости готовой продукции.

Третий заключается в том, что известный объемный элемент изготавливается с постоянной шириной гофрированной ленты и не может обеспечить изготовление сотовых конструкций переменной толщины по заданному закону ее изменения.

Известен способ изготовления трехслойных сотовых конструкций [1] с участием объемного элемента по первому аналогу. Согласно способу объемные элементы соединяют друг с другом по выступающим плоскостям гофров контактной сваркой или с помощью адгезивов (клей или припой) до получения системы объемных элементов в виде плоского бруса в форме прямоугольного параллелепипеда с ячейками в виде шестигранника или прямоугольника. В каждой ячейке две грани имеют двойную толщину, а остальные одинарную равную толщине гофрированного листа или ленты. От этого бруса отрезают плоскую панель необходимой постоянной толщины, которую используют далее для изготовления трехслойной сотовой конструкции. В этой панели оси ячеек расположены перпендикулярно его рабочим плоскостям. При изготовлении плоских сотовых конструкций на торцы граней ячеек наносят слой адгезива, этим же адгезивом покрывают поверхности двух обшивок и элементов окантовок, которые располагают в заданном порядке относительно ячеек, и вся сборка под воздействием температуры и давления превращается в неразъемную трехслойную сотовую конструкцию в виде плоской панели. При изготовлении оболочных конструкций ее сборка производится на оправке, которая повторяет внутреннюю конфигурацию оболочки. На оправку вначале укладывают внутреннюю обшивку с нанесенным слоем адгезива. Поверх обшивки выкладывают систему объемных элементов, образующих ячеистую структуру. На торцы граней ячеек предварительно наносят слой адгезива. При выкладке ячеистой структуры ее изгибают за счет искажения формы всех ячеек и фиксируют ее форму и положение с помощью, например, обмотки нитями. После установки деталей окантовки сверху накладывают второй лист обшивки слоем адгезива внутрь конструкции. После этого вся сборка под воздействием температуры и давления превращается в неразъемную сотовую конструкцию в форме оболочки заданной конфигурации.

Недостатки известного способа аналогичны указанным для объемного элемента по первому аналогу.

Известен способ изготовления трехслойных сотовых конструкций [2] с участием объемного элемента по второму аналогу. Согласно способу трехслойную конструкцию в виде плоской панели одинаковой толщины изготавливают следующим образом. Из листового материала вырубают развертку объемного элемента, отгибают отбортовки и гофрируют, получая заданную форму гофрированной ленты. Полученные объемные элементы соединяют друг с другом по выступающим плоскостям гофров с помощью контактной сварки. При этом образуется ячеистая структура в виде плоского прямоугольного бруса с шестигранными ячейками. На торцах ячеек по всему их периметру расположены отбортовки так, что каждая грань ячейки в сечении плоскостью, проходящей через ее ось, представляет собой Z-образный профиль. При этом одна половина отбортовок располагается внутри ячейки, а другая половина снаружи. В каждой ячейке две грани имеют двойную толщину вследствие соединения друг с другом гофрированных лент, а остальные одинарную толщину, равную толщине гофрированной ленты. После изготовления ячеистой структуры необходимых размеров к отбортовкам граней ячеек прикрепляют наружные обшивки с помощью сварки лазерным лучом.

Недостатки известного способа аналогичны перечисленным для объемного элемента по второму аналогу.

Известен способ изготовления трехслойных сотовых конструкций [3] с участием объемного элемента, выбранного в качестве прототипа. Согласно способу трехслойную сотовую конструкцию в виде плоской панели одинаковой толщины изготавливают следующим образом. Первый объемный элемент располагают между двумя обшивками отбортовками в сторону наращивания панели и контактной электрической сваркой соединяют отбортовки объемного элемента с обшивками. Следующий объемный элемент своими гнездами на вершинах гофров помещают между отбортовками первого объемного элемента и совмещают выступающие поверхности гофров обеих объемных элементов. Совмещенные поверхности вершин гофров двух объемных элементов соединяют между собой электрической (например, точечной) сваркой и одновременно прикрепляют отбортовки второго объемного элемента к обшивкам. И так продолжают наращивать объемные элементы и соединять их друг с другом и с обшивками до получения плоской трехслойной сотовой панели необходимых размеров. Законцовки и другие элементы конструкции присоединяются к панели после ее изготовления. В результате плоская панель имеет ячейки шестигранной формы, у которых две грани имеют двойную толщину (сваренные между собой плоскости гофров соседних объемных элементов) и небольшую ширину и четыре грани одинарной толщины (боковые поверхности гофров объемных элементов), которые имеют значительно большую ширину, чем грани двойной толщины. При необходимости получить конструкцию в виде оболочки или ее плоскую панель подвергают операции гибки.

Недостатки известного способа аналогичны перечисленным для прототипа объемного элемента.

Технические задачи изобретений: изготовление трехслойных сотовых конструкций с ячейками, имеющими формы от четырехугольной до шестиугольной включительно, а также с комбинацией указанных форм ячеек в одной конструкции, существенное упрощение изготовления объемных элементов сотовых конструкций, создание одинаковых условий сварки обшивок с отбортовками объемных элементов путем организации свариваемого пакета, состоящего только из двух слоев материала, существенное увеличение удельных механических характеристик системы объемных элементов за счет изготовления всех граней ячеек одинаковой толщины и ширины, а вследствие этого увеличение прочности и жесткости трехслойных сотовых конструкций в целом, изготовление трехслойных сотовых конструкций как в форме прямоугольных плоских панелей, так и в форме части круга с рядами ячеек, расположенными в радиальных и окружных направлениях, а также в форме цилиндрических и конических оболочек или их части и, кроме того, комбинаций этих форм в одной трехслойной сотовой конструкции, изготовление трехслойных сотовых конструкций как постоянной, так и переменной толщины по заданному закону ее изменения.

Решение поставленных задач обеспечивается тем, что объемный элемент для сотовых конструкций, выполненный в виде образующей своими гофрами часть периметра сотовой ячейки многогранной гофрированной ленты с отбортовками по ее краям, направленными в одну сторону от наружной поверхности ленты перпендикулярно ей, образуя поперечный профиль ленты в виде швеллера, согласно изобретению, выполнен в виде гофрированной ленты с расположенными на внутренних обращенных друг к другу поверхностях боковых сторон гофров накладками, закрепленными с помощью контактной сварки, при этом накладки имеют отбортовки, образуя в поперечном сечении форму швеллера, и выполнены по форме и размерам, соответствующим граням ячейки сотовой конструкции, или гофрированная лента выполнена в виде набора однотипных поочередно вложенных друг в друга трехгранных объемных элементов с отбортовками и без отбортовок и соединенных с помощью контактной сварки для образования боковых сторон гофров двойной толщины, при этом отбортовки расположены дискретно вдоль обеих продольных сторон ленты так, что плоскости вершин гофров, обращенных в одну сторону, не имеют отбортовок, а плоскости вершин гофров, обращенных в противоположную сторону, имеют отбортовки, которые не соединены с отбортовками на боковых сторонах этих же гофров, при этом отбортовки на вершинах гофров выполнены в форме прямоугольника или равнобокой трапеции и обращены наружу от плоскости вершины гофра, а на боковых сторонах гофра отбортовки имеют форму равнобокой или прямоугольной трапеции и обращены внутрь смежного гофра, а плоскости вершин гофров без отбортовок имеют углубление по их ширине с обеих сторон, причем гофрированная лента выполнена постоянной или переменной ширины в соответствии с законом изменения толщины сотовой конструкции. Решение поставленных задач обеспечивается также и тем, что в способе изготовления трехслойных сотовых конструкций, заключающемся в изготовлении объемных элементов в виде многогранной гофрированной ленты, размещении их друг относительно друга с совмещением плоскостей контакта с последующим соединением объемных элементов по этим плоскостям с помощью контактной электрической сварки для образования сотовых ячеек и прикрепления к ним двух обшивок по плоскостям отбортовок объемных элементов также с помощью контактной электрической сварки с односторонним подходом сварочной головки до образования конструкции заданных размеров, согласно изобретению, объемные элементы изготавливают из плоских заготовок, представляющих развертку объемного элемента, у которой последовательно отгибают отбортовки, а затем гофрируют с образованием гофров, повторяющих часть ячейки сотовой конструкции, после чего плоскости вершин первой гофрированной ленты, имеющие отбортовки, соединяют с обшивками, затем совмещают с плоскостями вершин гофров без отбортовок второй гофрированной ленты с точным совпадением их по периметру и прилеганием друг к другу по всей площади контакта, при этом отбортовки вершин гофров первой ленты размещают в углублении плоскостей вершин гофров второй ленты, после чего оба объемных элемента соединяют друг с другом контактной сваркой, а вторую гофрированную ленту соединяют с обшивками, и так наращивают трехслойную сотовую конструкцию до достижения необходимых размеров. Для решения первой частной задачи изготовления объемного элемента в виде гофрированной ленты с накладками, объемный элемент в виде многогранной гофрированной ленты получают из плоской заготовки, представляющей собой развертку объемного элемента заданных размеров, к которой прикрепляют с помощью контактной электрической сварки плоские накладки с отбортовками, при этом накладки выполняют по размеру и форме грани ячейки сотовой конструкции и располагают поперек развертки гофрированной ленты между углублениями и отбортовками, отбортовки полученной плоской заготовки отгибают в сторону свободной плоскости накладки до достижения с этой плоскостью угла, равного 90^o, а затем заготовку гофрируют до получения объемного элемента заданной формы и размеров с заданными формами и размерами гофров. Для решения второй частной задачи изготовления объемного элемента в виде гофрированной ленты, набранной из трехгранных объемных элементов, объемный элемент в виде многогранной гофрированной ленты получают путем изготовления плоских заготовок, представляющих развертки трехгранных элементов, грани которых повторяют размер и форму трех смежных граней ячеек сотовой конструкции, развертки выполняют как с отбортовками по всем трем граням с обеих сторон развертки, так и без отбортовок, причем средняя грань разверток трехгранных элементов без отбортовок выполнена с одинаковыми углублениями на торцевых поверхностях по всей ширине грани, плоские развертки трехгранных элементов соединяют между собой контактной электрической сваркой по плоскости боковых граней и получают плоскую заготовку, в которой развертки трехгранных объемных элементов с отбортовками чередуются с развертками трехгранных объемных элементов без отбортовок, затем отбортовки полученной заготовки отгибают в сторону свободной плоскости плоских частей разверток трехгранных объемных элементов с отбортовками до достижения с этими плоскостями угла, равного 90^o, после чего полученную заготовку гофрируют до получения объемного элемента в виде гофрированной ленты с заданными размерами и формой гофров. Для решения третьей задачи, при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками прямоугольной формы, расположенными в рядах, сдвинутых друг относительно друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде многогранной гофрированной ленты изготавливают с гофрами прямоугольной формы с отбортовками по вершинам гофров в форме равнобокой трапеции с углом наклона боковых сторон ее к основанию, равным 45^o, и отбортовками на боковых гранях гофров в виде прямоугольной трапеции с углом наклона боковой стороны плоскости ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения четвертой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками пятиугольной формы, расположенными в рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде гофрированной ленты изготавливают с гофрами в виде прямоугольной трапеции с отбортовками по вершинам гофров в форме равнобокой трапеции с углом наклона ее боковой стороны к основанию, равным 45^o, отбортовками по боковым граням гофров, перпендикулярным плоскостям вершин гофров, в форме прямоугольной трапеции с углом наклона боковой стороны к основанию, равным 45^o, и отбортовками по остальным граням гофров в форме трапеций, при этом плоскости вершин гофров по обе стороны гофрированной ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения пятой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками выпуклой шестиугольной формы, расположенными в рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде гофрированной ленты изготавливают с гофрами в форме равнобокой трапеции с отбортовками по вершинам гофров в форме трапеций, при этом плоскости вершин гофров по обе стороны гофрированной ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения шестой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками четырехугольной, пятиугольной и шестиугольной формы в одной конструкции, расположенными в рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированной ленты изготавливают с гофрами соответственно прямоугольной формы, в виде равнобокой и прямоугольной трапеции, расположенными в заданной последовательности их чередования с заданными размерами, при этом плоскости вершин гофров по обе стороны гофрированной ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения седьмой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели в форме части кольца с ячейками в форме равнобокой трапеции, расположенными в радиальных рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде изогнутой по части кольца гофрированной ленты изготавливают с гофрами в форме равнобоких трапеций, малое основание которых является вершиной гофров, с отбортовками по вершинам гофров в форме равнобокой трапеции и отбортовками по боковым граням гофров в виде прямоугольной трапеции, размеры гофров в каждой ленте выбирают пропорционально ее расстоянию от центра трехслойной сотовой конструкции так, чтобы размеры плоскостей вершин гофров смежных лент были одинаковыми по форме и присоединительным размерам, плоскости вершин гофров по одну и другую стороны гофрированной ленты располагают по касательной к двум цилиндрическим поверхностям с общей осью, проходящей через центр трехслойной конструкции, соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров, начиная от ленты с минимальным радиусом в сторону максимального радиуса конструкции. Для решения восьмой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели в форме кольца или его части с ячейками в форме выпукло-вогнутого шестиугольника, расположенными в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированной ленты клинообразной формы изготавливают с гофрами в форме равнобоких трапеций, причем боковые грани гофров являются их основаниями и их выполняют параллельными друг другу, с отбортовками в форме трапеций, гофры в ленте выполняют различными по размерам пропорционально их расстоянию от центра трехслойной сотовой конструкции, плоскости вершин гофров по одну и другую стороны ленты располагают в плоскостях, перпендикулярных плоскости трехслойной конструкции и проходящих через ее центральную ось, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения девятой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели в форме кольца или его части с ячейками в форме выпуклого шестиугольника, расположенными в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент клинообразной формы изготавливают с гофрами трапецеобразной формы с непараллельными основаниями и с отбортовками в виде трапеций, плоскости вершин гофров располагают в плоскостях, перпендикулярных плоскости панели и проходящих через ее центральную ось, боковые грани гофров наклоняют к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180° а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения десятой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном оси ячейки, имеют форму прямоугольника и расположены в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскостях которых располагают вершины гофров, изготавливают с гофрами в форме прямоугольников, боковые грани гофров выполняют перпендикулярными плоскостями их вершин в форме кольцевого сектора, отбортовки на вершинах гофров выполняют в виде равнобоких трапеций с углом наклона боковых сторон к основанию, равными 45^o, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения одиннадцатой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном оси ячейки, имеют пятиугольную форму и расположены в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых располагают вершины гофров, изготавливают с гофрами в форме прямоугольной трапеции, одну из боковых граней гофров выполняют перпендикулярной плоскости их вершин и изготавливают в форме кольцевого сектора, другую боковую грань гофров выполняют наклонной к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180° и изготавливают в форме кольцевого эллиптического сектора, отбортовки на вершинах гофров выполняют в виде равнобоких трапеций с углом наклона боковых сторон к основанию, равным 45^o, отбортовки на одной из боковых граней гофров выполняют в виде прямоугольной трапеции с углом наклона боковой стороны к основанию, равным 45^o, а на другой боковой грани гофров в виде трапеции, соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения двенадцатой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном оси ячейки, имеют форму выпуклого шестиугольника и располагаются в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых расположены вершины гофров, изготавливают с гофрами в форме равнобоких трапеций, боковые грани гофров выполняют наклонными к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180° и изготавливают в форме кольцевого эллиптического сектора, отбортовки на боковых гранях гофров выполняют в виде трапеций, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения тринадцатой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками четырехугольной, пятиугольной и шестиугольной формы в одной конструкции, расположенными в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых расположены вершины гофров, выполняют с гофрами прямоугольной формы, а также в форме прямоугольных и равнобоких трапеций и располагают их в заданной последовательности чередования, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения четырнадцатой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде усеченной конической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном оси ячейки имеют форму выпукло-вогнутого шестиугольника, расположены в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть конической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскостях которых располагают вершины гофров, гофры выполняют в форме, близкой к равнобокой трапеции, причем боковые грани гофров являются ее основаниями и их изготавливают параллельными друг другу в форме кольцевого сектора, с отбортовками в форме трапеций, размеры гофров в одной ленте выполняют различными и пропорциональными их расстоянию от вершины конической оболочки, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофров. Для решения пятнадцатой частной задачи изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде усеченной конической оболочки или ее части с ячейками в форме клина, которые в сечении, перпендикулярном оси ячейки, имеют форму выпуклого шестиугольника, и располагаются в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет часть конической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых располагают вершины гофров, изготавливают с гофрами в форме прямоугольников, боковые грани гофров выполняют наклонными к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180° и изготавливают в форме параболического сектора, отбортовки на боковых гранях гофров выполняют в виде трапеции, размеры гофров в одной ленте выполняют различными и пропорциональными их расстоянию от вершины конической оболочки, а соединение гофрированных лент осуществляют по плоскостям вершин гофров.

Именно заявленная конструкция объемного элемента и способ изготовления трехслойных сотовых конструкций с его участием обеспечивают, согласно изобретениям, достижение всех поставленных целей. Это позволяет сделать вывод, что заявленные изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых изобретений с прототипом позволяет установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленные изобретения от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают совокупности заявляемых технических решений соответствие "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена развертка гофрированной ленты, на фиг. 2 изображена развертка накладки, на фиг. 3 изображена развертка гофрированной ленты с прикрепленными к ней развертками накладок, на фиг. 4 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления плоской трехслойной сотовой панели с ячейками прямоугольной формы, на фиг. 5 изображен вариант последовательных операций на установке для прикрепления накладок к развертке ленты, на фиг. 6 изображена схема изготовления трехслойной сотовой конструкции с ячейками прямоугольной формы, на фиг. 7 изображено сечение трехслойной сотовой панели вдоль гофрированных лент, на фиг. 8 изображено сечение трехслойной сотовой панели, перпендикулярное рядам гофрированных лент, на фиг. 9 изображен трехгранный объемный элемент без отбортовок, на фиг. 10 изображен трехгранный объемный элемент с отбортовками, на фиг. 11 изображен вид в плане на объемный элемент в виде гофрированной ленты, набранный из трехгранных объемных элементов, на фиг. 12 изображена развертка трехгранного объемного элемента фиг. 10, на фиг. 14 изображена схема сборки заготовки для гофрированной ленты, набранной из плоских разверток трехгранных объемных элементов, на фиг. 15 изображен фрагмент трехслойной сотовой конструкции с ячейками пятиугольной формы, на фиг. 16 изображен фрагмент трехслойной сотовой конструкции с шестиугольными ячейками без обшивок, на фиг. 17 изображен фрагмент трехслойной сотовой конструкции с комбинацией четырехугольных, пятиугольных и шестиугольных ячеек без обшивок, на фиг. 18 изображена трехслойная сотовая панель с непараллельными обшивками, на фиг. 19 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления трехслойной сотовой конструкции с непараллельными обшивками и прямоугольными ячейками, на фиг. 20 изображен фрагмент сотовой конструкции без обшивок в виде части круга с ячейками в форме трапеций, расположенными в радиальных рядах, сдвинутых друг относительно друга на половину шага ячейки, на фиг. 21 изображен фрагмент сотовой конструкции без обшивок в виде кольца или его части с ячейками в форме выпукло-вогнутого шестиугольника, расположенными в кольцевых рядах, сдвинутых друг относительно друга на половину шага ячейки, на фиг. 22 изображена плоская трехслойная сотовая панель в форме прямоугольника и части кольца, на фиг. 23 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления цилиндрической трехслойной сотовой оболочки с ячейками прямоугольной формы, на фиг. 24 изображен трехгранный объемный элемент с отбортовками для изготовления гофрированной ленты фиг. 23, на фиг. 25 изображен трехгранный объемный элемент без отбортовок для изготовления гофрированной ленты фиг. 23, на фиг. 26 изображена развертка трехгранного объемного элемента фиг. 24 с отформованными отбортовками на боковых гранях, на фиг. 27 изображена развертка трехгранного объемного элемента фиг. 25, на фиг. 28 изображена заготовка для изготовления гофрированной ленты фиг. 23 из разверток трехгранных объемных элементов, на фиг. 29 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления цилиндрической трехслойной сотовой оболочки с ячейками пятиугольной формы, на фиг. 30 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления цилиндрической трехслойной сотовой оболочки с ячейками шестиугольной формы, на фиг. 31 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления конической трехслойной сотовой оболочки с ячейками выпукло-вогнутой шестиугольной формы, на фиг. 32 изображены три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты для изготовления конической трехслойной сотовой оболочки с ячейками в виде выпуклого шестиугольника, на фиг. 33 изображена трехслойная сотовая конструкция в виде комбинации плоской панели и части цилиндрической оболочки.

На фигурах чертежей обозначено: 1 развертка гофрированной ленты, 2 - отбортовка вершины гофра, 3 углубление вершины гофра, 4 накладка, 5 - отбортовка накладки и одновременно боковой стороны гофра, 6 объемный элемент в виде гофрированной ленты, 7 стопка разверток гофрированных лент, 8 лента материала накладок, 9 рулон ленты 8, 10 сварная точка, 11 первая гофрированная лента, 12 обшивка трехслойной сотовой конструкции, 13 вторая гофрированная лента, 14 трехгранный объемный элемент без отбортовок, 15 - углубления на средней грани объемного элемента 14, 16 средняя грань объемного элемента 14, 17 боковая грань объемного элемента 14, 18 - трехгранный объемный элемент с отбортовками, 19 боковые грани трехгранного объемного элемента с отбортовками, 20 средняя грань трехгранного объемного элемента с отбортовками, 21 отбортовки средней грани, 22 отбортовки боковых граней, 23 система объемных элементов, 24 объемный элемент в виде гофрированной ленты для изготовления трехслойной сотовой конструкции с прямоугольными ячейками цилиндрической формы, R внешний радиус оболочки, r - внутренний радиус оболочки, 25 трехгранный объемный элемент с отбортовками для изготовления цилиндрической оболочки, 26 трехгранный объемный элемент без отбортовок для изготовления цилиндрической оболочки, 27 развертка объемного элемента 25, 28 развертка трехгранного объемного элемента 27, 29 - отбортовка трехгранного объемного элемента 25, 30 боковая грань объемного элемента 27.

Рассмотрим изготовление методом сварки плоской панели с постоянной толщиной и с ячейками прямоугольной формы с соотношением сторон прямоугольника 2: 1. Для изготовления выберем хорошо штампуемый материал марки ЭП35, который широко применяется при изготовлении трехслойных сотовых панелей в России с помощью сварки по методу "Стресскин" [3] Прежде всего необходимо изготовить объемные элементы в виде гофрированной ленты. Примем, что их мы будем изготавливать в варианте гофрированного полотна с накладками. С этой целью из стального листа вырубается развертка 1 (фиг. 1) гофрированного полотна. Она имеет форму ленты одинаковой ширины по всей ее длине с отбортовками 2 и углублениями 3. Пунктиром показаны линии сгиба отбортовок и развертки. Из этого же листа материала вырубается развертка накладки 4 (фиг. 2) с отбортовками 5. Накладки 4 располагают на развертке 1 гофрированного полотна и прикрепляют к нему (фиг. 3) с помощью контактной электрической сварки (точечной или роликовой). После этого отбортовки 2, 5 отгибают перпендикулярно плоскости развертки так, что после гофрирования они выступают наружу на вершинах гофров, а на боковых сторонах гофров направлены внутрь соседнего гофра. На фиг. 4 изображены три проекции объемного элемента 6 в виде гофрированной ленты. Ее гофры имеют прямоугольную форму. Ширина боковой стороны гофра равна ширине его вершины. Наилучшие результаты с точки зрения получения максимальных механических характеристик прочности и жесткости трехслойной сотовой конструкции достигаются при использовании паяно-сварного соединения накладок и гофрированного листа (ленты). Такое соединение гарантирует монолитность граней ячейки. Изготовление гофрированной ленты легко поддается автоматизации. Так, на фиг. 5 схематически изображен вариант последовательных операций на установке, которая осуществляет прикрепление накладок к разверткам гофрированной ленты. Согласно рассматриваемому варианту развертки гофрированного полотна 1 после их изготовления поступают в бункер-накопитель установки, где размещаются стопкой 7. Рабочий стол установки имеет пазы (на фиг. 5 это не показано), в которых размещаются ленты 8 материала накладок. Эти ленты по ширине соответствуют ширине накладок 4 и подаются в рабочую зону из рулонов 9. Количество лент соответствует числу накладок и они на рабочем столе установки размещены с соответствующим шагом по всей ширине развертки гофрированной ленты 1. Из стопки 7 на рабочий стол установки подается развертка гофрированной ленты 1 и она накрывает ленты материала 8 накладок. Ее положение строго фиксируется относительно лент, после чего система развертка-лента передвигается в зону сварки, а на освободившееся место укладывается новая развертка 1. В зоне сварки многопозиционной сварочной головкой установки (на фиг. 5 она не показана) производится соединение лент 8 с разверткой гофрированной ленты 1 с помощью, например, точечной сварки 10. При последующей подаче системы развертка-ленты происходит обрубка лент с отделением развертки 1 с присоединенными к ней накладками 4 и оформление отбортовок на накладках. Готовая заготовка поступает на операцию отгиба отбортовок. После того, как изготовлено достаточное количество гофрированных лент 6 можно приступать к изготовлению трехслойной сотовой конструкции.

С этой целью первую гофрированную ленту 11 (фиг. 6) размещают между двумя обшивками 12 до плотного контакта последних с ее торцевыми поверхностями и контактной сваркой присоединяют обшивки к ленте по отбортовкам объемных элемента, которые обращены в сторону наращивания панели для подхода сварочной головки. После сварки первой гофрированной ленты 11 с обшивками 12 вторую гофрированную ленту 13 подают в зазор между обшивками 12 до плотного контакта торцевых поверхностей ее гофров с торцевыми поверхностями гофров первой гофрированной ленты. При этом отбортовки 2 первой ленты 11 входят в пазы 3 (углубления) второй ленты 13. Контактной сваркой с односторонним подходом соединяют первую 11 и вторую 13 гофрированные ленты друг с другом по плоскостям вершин гофров. Применение и здесь паяно-сварного соединения может увеличить прочностные и жесткостные характеристики сотовой конструкции. После этого вторую гофрированную ленту 13 контактной сваркой присоединяют к обшивкам 12 по ее отбортовкам. И так продолжают процесс наращивания сотового заполнителя (системы объемных элементов) и присоединения к нему обшивок до получения плоской панели постоянной толщины заданных размеров. Все силовые элементы, включая и окантовки панели, присоединяют к ней после ее изготовления. Сечение сотовой панели вдоль гофрированных лент перпендикулярно ее обшивкам изображено на фиг. 7. Сечение панели перпендикулярно рядам гофрированных лент и обшивкам изображено на фиг. 8. Из этих рисунков становится очевидным, что все грани ячеек в данной панели имеют одинаковую двойную толщину.

Объемный элемент в виде гофрированной ленты можно изготавливать из трехгранных объемных элементов, изображенных на фиг. 9, 10. На фиг. 9 показан трехгранный объемный элемент 14 без отбортовок с углублениями 15 на его средней грани 16. Боковые грани 17 объемного элемента перпендикулярны его средней грани. Размеры граней равны размерам соответствующих граней ячеек сотового заполнителя. На фиг. 10 показан трехгранный объемный элемент 18 с отбортовками по всем его граням, отогнутым наружу. Размеры его граней одинаковы с размерами граней объемного элемента 14. На фиг. 11 показан вид в плане на объемный элемент в виде гофрированной ленты, набранной из трехгранных объемных элементов 14, 18. Они соединяются друг с другом по внутренним плоскостям боковых граней 17, 19 с помощью контактной электрической сварки. На наш взгляд такой способ сборки гофрированной ленты является трудоемким и его можно упростить, изготавливая заготовку гофрированной ленты из разверток трехгранных объемных элементов. На фиг. 12 показана развертка трехгранного объемного элемента 14. На фиг. 13 показана развертка трехгранного объемного элемента 18. Сборка заготовки гофрированной ленты схематично изображена на фиг. 14. Соединение разверток осуществляется контактной сваркой. Как и в случае накладок максимальная прочность и жесткость сотовой конструкции достигается при применении паяно-сварного соединения объемных элементов. После сборки заготовку гофрируют и получают объемный элемент 6, показанный на фиг. 11.

Если плоская прямоугольная сотовая панель должна иметь пятиугольную форму ячеек, то применяют объемный элемент в виде гофрированной ленты, гофры которой выполнены в форме прямоугольной трапеции. На фиг. 15 показан вид в плане на упомянутую панель.

Если плоская прямоугольная сотовая панель должна иметь шестиугольную форму ячеек, то применяют объемный элемент в виде гофрированной ленты, гофры которой выполнены в форме равносторонней трапеции. Фрагмент системы таких объемных элементов в панели показан на фиг. 16.

Если в плоской прямоугольной сотовой панели ячейки должны иметь прямоугольную, пятиугольную и шестиугольную форму одновременно, то применяют объемный элемент в виде гофрированной ленты, гофры которой выполнены в форме прямоугольника, прямоугольной и равнобокой трапеции в заданном порядке их расположения с заданными размерами. Фрагмент системы таких объемных элементов в панели показан на фиг. 17.

Все сказанное выше относится к трехслойной сотовой конструкции постоянной толщины. При необходимости изготовления сотовых конструкций с непараллельными обшивками объемные элементы должны повторять внутреннюю конфигурацию такой конструкции. Так, если необходимо изготовить панель, например, клинообразной формы (фиг. 18), то объемные элементы 23 также выполняют в форме клина. В качестве иллюстрации на фиг. 19 показаны три проекции объемного элемента в виде гофрированной ленты с гофрами прямоугольной формы. Процедура изготовления трехслойных конструкций с непараллельными обшивками остается идентичной рассмотренным выше. Просто используется другая форма объемных элементов.

Аналогичным образом изготавливаются трехслойные сотовые конструкции в форме кольца или его части. Так, на фиг. 20 изображен вид сверху на систему соединенных между собой объемных элементов, которые образуют ячейки в форме равнобокой трапеции, расположенные вдоль радиуса трехслойной конструкции. На фиг. 21 система объемных элементов образует ячейки в форме выпукло-вогнутого шестиугольника. Таким же образом изготавливаются конструкции с другими формами ячеек.

Приведенные примеры позволяют построить трехслойную конструкцию комбинированной формы, когда прямоугольная панель переходит в плоскую кольцевую. На фиг. 22 изображен вариант этой конструкции.

Рассмотрим технические результаты, получаемые при изготовлении плоских трехслойных сотовых конструкций в соответствии с предлагаемыми изобретениями.

Во-первых, значительно расширено число форм ячеек. Их можно реализовать не менее трех от четырехугольной до шестиугольной включительно, а также и их комбинации в одной конструкции. Некоторые из этих вариантов изображены на фиг. 6, 15-17, 20, 21.

Во-вторых, существенно упрощается оборудование для изготовления объемных элементов. Самое главное это то, что теперь можно отказаться от дорогостоящих и громоздких штампов и заменить сложный и трудоемкий процесс штампования гофрированных лент рядом простых операций вырубки, сварки, гибки на простом оборудовании.

В-третьих, созданы одинаковые условия сварки обшивок с заполнителем по всей его площади. Они заключаются в том, что в предлагаемых изобретениях сварка производится только двух листов: обшивки и отбортовки. В прототипе участки граней двойной толщины имели общий пакет из трех листов: обшивка и два слоя отбортовок, что ухудшало качество сварки.

В-четвертых, существенно увеличены удельные механические характеристики системы объемных элементов. Это достигнуто благодаря тому, что все грани ячеек имеют двойную толщину и, кроме того, благодаря тому, что грани ячеек контактируют с обшивками не только отбортовками, но и торцами объемных элементов. Последнее обстоятельство важно при нагружении сотового заполнителя усилиями сжатия вдоль оси ячеек. В качестве примера сравним удельную прочность шестигранной ячейки известной конструкции, когда две ее грани имеют двойную толщину, а четыре остальные одинарную, и предлагаемую авторами новую конструкцию, когда все грани ячейки имеют одинаковую двойную толщину (фиг. 16). Пусть на ячейку действуют нагрузки сжатия вдоль ее оси. При таком виде нагружения грани ячейки разрушаются вследствие потери устойчивости. Известно, что при потере устойчивости грани, имеющие вдвое большую толщину, выдерживают нагрузку в четыре раза большую, чем грань одинарной толщины (см. например, Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. М. Наука, 1967, с. 313-441). Таким образом, одна ячейка известной конструкции выдерживает нагрузку N= 2·4P+4·P, где P усилие, которое выдерживает грань одинарной толщины. Масса такой ячейки равна M = 8aδhρ где a ширина грани ячейки, d толщина грани ячейки, h высота ячейки, r плотность материала заполнителя. Удельная прочность известной ячейки будет равна П = N/M = 12P/8aδhρ = 3P/2aδhρ Одна ячейка согласно изобретениям выдерживает нагрузку N₁=6·4P=24P. Масса этой ячейки равна M₁= 12aδhρ Удельная прочность новой ячейки равна П₁= N₁/M₁= 24P/12aδhρ = 2P/aδhρ. Следовательно, удельная прочность новой ячейки будет больше удельной прочности известной ячейки в n = П₁/П = (2P/aδhρ)/(3P/2aδhρ) 4/3 раза= 1,333. раза. Это означает, что трехслойная сотовая панель, испытывающая указанную нагрузку, будет во столько же раз эффективнее и в два раза прочнее.

Кроме того, известная конструкция системы объемных элементов имеет практически нулевые механические характеристики вдоль обшивок трехслойной конструкции. Предлагаемые системы объемных элементов с ячейками в форме прямоугольника и пятиугольника имеют в этом направлении механические, которые более, чем в 100 раз превышают механические характеристики известной конструкции ячеек.

В-пятых, предложенный способ изготовления сотовых трехслойных конструкций из новых объемных элементов позволяет изготавливать их как в форме прямоугольных панелей в плане, так и в форме панелей в виде части круга (фиг. 20, 21), а также в виде комбинации плоской и круговой панели одновременно (фиг. 22).

В-шестых, предложенный способ изготовления сотовых трехслойных конструкций из новых объемных элементов позволяет изготавливать эти конструкции как постоянной, так и переменной толщины в соответствии с заданным законом ее изменения.

Рассмотрим далее изготовление трехслойных сотовых конструкций в виде цилиндрических оболочек. Оно аналогично изготовлению прямоугольных плоских панелей, но объемный элемент 24 в виде гофрированной ленты для изготовления трехслойной сотовой конструкции с ячейками, сечение которых представляет собой прямоугольник. Боковые стороны гофров перпендикулярны плоскостям их вершин. Вершины гофров расположены в плоскостях, проходящих через ось цилиндра. Для изготовления рассматриваемого объемного элемента наиболее целесообразным представляется метод набора из разверток трехгранных объемных элементов с отбортовками 25 и без отбортовок 26. Сами объемные элементы изображены на фиг. 24, 25, а их развертки на фиг. 26, 27 соответственно. При этом, по мнению авторов, целесообразно собирать заготовку объемного элемента из разверток 27, 28 с отформованными отбортовками 29 цилиндрической конфигурации на боковых гранях 30 развертки 27 трехгранного объемного элемента 25. Схема сборки заготовки объемного элемента 24 из разверток трехгранных объемных элементов изображена на фиг. 28. В отличие от прямолинейной заготовки для трехслойной конструкции в форме плоской панели (фиг. 14) рассматриваемая заготовка имеет криволинейную форму.

Для изготовления трехслойных сотовых цилиндрических оболочек с ячейками пятиугольной формы применяют объемные элементы, изображенные на фиг. 29. Если ячейки должны быть шестигранными, то объемные элементы в виде гофрированных лент имеют конструкцию, показанную на фиг. 30. Комбинация гофров различных форм, например, показанных на фиг. 23, 29, 30 в одном объемном элементе, как это выполнено, например, на фиг. 17 для плоских панелей, позволяет получать цилиндрические оболочки с комбинацией прямоугольных, пятиугольных и шестиугольных ячеек.

Аналогичным образом изготавливаются трехслойные сотовые конструкции в виде конических оболочек. Объемный элемент для образования выпукло-вогнутых шестиугольных ячеек изображен на фиг. 31, а для образования выпуклых шестиугольных ячеек на фиг. 32. Эти ячейки располагаются в рядах, направленных в кольцевом направлении конуса. Каждый ряд сдвинут относительно другого на половину шага ячеек.

Анализ показывает, что и для оболочечных конструкций выполняются все технические результаты, которые являются задачами изобретений. Кроме того, заявляемые объемный элемент и способ изготовления трехслойных сотовых конструкций с его участием позволяют получать комбинированную конструкцию, состоящую из плоской панели и оболочки, например, цилиндрической фиг. 33. Пунктиром показана форма ячеек.

Формула изобретения

1. Объемный элемент для сотовых конструкций, выполненный в виде образующей своими гофрами часть периметра сотовой ячейки многогранной гофрированной ленты с отбортовками по ее краям, направленными в одну сторону от наружной поверхности ленты перпендикулярно к ней, образуя поперечный профиль ленты в виде швеллера, отличающийся тем, что он выполнен в виде гофрированной ленты с расположенными на внутренних обращенных одна к другой поверхностях боковых сторон гофр накладками, закрепленными с помощью контактной сварки, при этом накладки имеют отбортовки, образуя в поперечном сечении форму швеллера, и выполнены по форме и размерам, соответствующим граням ячеек сотовой конструкции, или гофрированная лента выполнена в виде набора однотипных поочередно вложенных друг в друга трехгранных объемных элементов с отбортовками и без отбортовок и соединенных с помощью контактной сварки для образования боковых сторон гофр двойной толщины, при этом отбортовки расположены дискретно вдоль обеих продольных сторон ленты так, что плоскости вершин гофр, обращенных в одну сторону, не имеют отбортовок, а плоскости вершин гофр, обращенных в противоположную сторону, имеют отбортовки, которые не соединены с отбортовками на боковых сторонах этих же гофр, при этом отбортовки на вершинах гофр выполнены в форме прямоугольника или равнобокой трапеции и обращены наружу от плоскости вершины гофра, а на боковых сторонах гофра отбортовки имеют форму равнобокой или прямоугольной трапеции и обращены внутрь смежного гофра, а плоскости вершин гофр без отбортовок имеют углубление по их ширине с обеих сторон, причем гофрированная лента выполнена постоянной или переменной ширины в соответствии с законом изменения толщины сотовой конструкции.

2. Способ изготовления трехслойных сотовых конструкций, заключающийся в изготовлении объемных элементов в виде многогранной гофрированной ленты, размещении их друг относительно друга с совмещением плоскостей контакта с последующим соединением объемных элементов по этим плоскостям с помощью контактной электрической сварки для образования сотовых ячеек и прикреплении к ним двух обшивок по плоскостям отбортовок объемных элементов также с помощью контактной электрической сварки с односторонним подходом сварочной головки до образования конструкции заданных размеров, отличающийся тем, что объемные элементы изготавливают из плоских заготовок, представляющих развертку объемного элемента, у которой последовательно отгибают отбортовки, а затем гофрируют с образованием гофр, повторяющих часть ячейки сотовой конструкции, после чего плоскости вершин первой гофрированной ленты, имеющие отбортовки, соединяют с обшивками, а затем совмещают с плоскостями вершин гофр без отбортовок второй гофрированной ленты с точным совпадением их по периметру и прилеганием друг к другу по всей площади контакта, при этом отбортовки вершин гофр первой ленты размещают в углублении плоскостей вершин гофр второй ленты, после чего оба объемных элемента соединяют друг с другом контактной сваркой, а вторую гофрированную ленту соединяют с обшивками, и так наращивают трехслойную сотовую конструкцию до достижения необходимых размеров.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что объемный элемент в виде многогранной гофрированной ленты получают из плоской заготовки, представляющей развертку объемного элемента заданных размеров, к которой прикрепляют с помощью контактной электрической сварки плоские накладки с отбортовками, при этом накладки выполняют по размеру и форме грани ячейки сотовой конструкции и располагают поперек развертки гофрированной ленты между углублениями и отбортовками, отбортовки полученной плоской заготовки отгибают в сторону свободной плоскости накладки до достижения с этой плоскостью угла, равного 90^o, а затем заготовку гофрируют до получения объемного элемента заданной формы и размеров с заданными формами и размерами гофр.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что объемный элемент в виде многогранной гофрированной ленты получают путем изготовления плоских заготовок, представляющих развертки трехгранных объемных элементов, гарни которых повторяют размер и форму трех смежных граней ячеек сотовой конструкции, развертки выполняют как с отбортовками по всем трем граням с обеих сторон развертки, так и без отбортовок, причем средняя грань разверток трехгранных элементов без отбортовок выполнена с одинаковыми углублениями на торцевых поверхностях по всей ширине грани, плоские развертки трехгранных элементов соединяют между собой контактной электрической сваркой по плоскости боковых граней и получают плоскую заготовку, в которой развертки трехгранных объемных элементов с отбортовками чередуются с развертками трехгранных объемных элементов без отбортовок, затем отбортовки полученной заготовки отгибают в сторону свободной плоскости плоских частей разверток трехгранных объемных элементов с отбортовками до достижения с этими плоскостями угла, равного 90^o, после чего полученную заготовку гофрируют до получения объемного элемента в виде гофрированной ленты с заданными размерами и формой гофр.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовления трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками прямоугольной формы, расположенными в рядах, сдвинутых друг относительно друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде многогранной гофрированной ленты изготавливают с гофрами прямоугольной формы с отбортовками по врешине гофр в форме равнобокой трапеции с углом наклона боковых сторон ее к основанию, равным 45^o, и отбортовками на боковых гранях гофр в виде прямоугольной трапеции с углом наклона боковой стороны к основанию, равным 45^o, плоскости вершин гофр по обе стороны плоскости ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент осуществляют по плоскости вершин гофр.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками пятиугольной формы, расположенными в рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде гофрированной ленты изготавливают с гофрами в виде прямоугольной трапеции с отбортовками по вершинам гофр в форме равнобокой трапеции с углом наклона ее боковой стороны к основанию, равным 45^o, отбортовками по боковым граням гофр, перпендикулярным плоскостям вершин гофров, в форме прямоугольной трапеции с углом наклона боковой стороны к основанию, равным 45^o, и отбортовками по остальным граням гофр в форме трапеций, при этом плоскости вершин гофр по обе стороны гофрированной ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками выпуклой шестиугольной формы, расположенными в рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде гофрированной ленты изготавливают с гофрами в форме равнобокой трапеции с отбортовками по вершинам гофр в форме равнобокой трапеции и отбортовками по боковым граням гофр в форме трапеций, при этом плоскости вершин гофр по обе стороны гофрированной ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

8. Способ по пп.2, 5, 6 и 7, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели с ячейками четырехугольной, пятиугольной и шестиугольной форм в одной конструкции, расположенными в рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированной ленты изготавливают с гофрами соответственно прямоугольной формы, в виде равнобокой и прямоугольной трапеций, расположенными в заданной последовательности их чередования с заданными размерами, при этом плоскости вершин гофр по обе стороны гофрированной ленты располагают в параллельных плоскостях, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели в форме части кольца с ячейками в форме равнобокой трапеции, расположенными в радиальных рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемный элемент в виде изогнутой по части кольца гофрированной ленты изготавливают с гофрами в форме равнобоких трапеций, малое основание которых является вершиной гофр, с отбортовками по вершинам гофр в форме равнобокой трапеции и отбортовками по боковым граням гофров в виде прямоугольной трапеции, размеры гофр в каждой ленте выбирают пропорционально ее расстоянию от центра трехслойной сотовой конструкции так, чтобы размеры плоскостей вершин гофр смежных лент были одинаковыми по форме и присоединительным размерам, плоскости вершин гофр по одну и другую сторону гофрированной ленты располагают по касательной к двум цилиндрическим поверхностям с общей осью, проходящей через центр трехслойной конструкции, соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр, начиная от ленты с минимальным радиусом в сторону максимального радиуса конструкции.

10. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели в форме кольца или его части с ячейками в форме выпукло-вогнутого шестиугольника, расположенными в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированной ленты клинообразной формы изготавливают с гофрами в форме равнобоких трапеций, причем боковые грани гофр являются их основаниями и их выполняют параллельными друг другу, с отбортовками в форме трапеций, гофры в ленте выполняют различными по размерам пропорционально их расстоянию от центра трехслойной сотовой конструкции, плоскости вершин гофр по одну и другую сторону ленты располагают в плоскостях, перпендикулярных плоскости трехслойной конструкции и проходящих через ее центральную ось, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

11. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде плоской панели в форме кольца или его части с ячейками в форме выпуклого шестиугольника, расположенными в кольцевых рядах, сдвинутых друг относительно друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент клинообразной формы изготавливают с гофрами трапецеобразной формы с непараллельными основаниями и с отбортовками в виде трапеций, плоскости вершин горф располагают в плоскостях, перпендикулярных плоскости панели и проходящих через ее центральную ось, боковые грани гофр наклоняют к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180°, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

12. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном, к оси ячейки, имеют форму прямоугольника и расположены в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскостях которых располагают вершины гофр, изготавливают с гофрами в форме прямоугольников, боковые грани гофр выполняют перпендикулярными плоскостями их вершин в форме кольцевого сектора, отбортовки на вершинах гофр выполняют в виде равнобоких трапеций с углом наклона боковых сторон к основанию, равным 45^o, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

13. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном оси ячейки, имеют пятиугольную форму и располагаются в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых располагают вершины гофр, изготавливают с гофрами в форме прямоугольной трапеции, одну из боковых граней гофр выполняют перпендикулярной, плоскости их вершин и изготавливают в форме кольцевого сектора, другую боковую грань гофр выполняют наклонной к плоскости вершин под углом 90° < α < 180° и изготавливают в форме кольцевого эллиптического сектора, отбортовки на вершинах гофр выполняют в виде равнобоких трапеций с углом наклона боковых сторон к основанию, равным 45^o, отбортовки на одной из боковых граней гофр выполняют в виде прямоугольной трапеции с углом наклона боковой стороны к основанию, равным 45^o, а на другой боковой грани гофр - в виде трапеции, соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

14. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном, оси ячейки, имеют форму выпуклого шестиугольника и располагаются в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляют собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых расположены вершины гофр, изготавливают с гофрами в форме равнобоких трапеций, боковые грани гофр выполняют наклонными к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180° и изготавливают в форме кольцевого эллиптического сектора, отбортовки на боковых гранях гофр выполняют в виде трапеций, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

15. Способ по пп. 2, 12 14, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде цилиндрической оболочки или ее части с ячейками четырехугольной, пятиугольной и шестиугольной форм в одной конструкции, расположенными в рядах вдоль кольца цилиндра, сдвинутых относительно друг друга на половину шага, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть цилиндрической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых расположены вершины гофр, выполняют с гофрами прямоугольной формы, а также в форме прямоугольных и равнобоких трапеций и располагают их в заданной последовательности чередования, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

16. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде усеченной конической оболочки или ее части с ячейками в форме части клина, которые в сечении, перпендикулярном к оси ячейки имеют форму выпукло-вогнутого шестиугольника, расположены в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы выполняют в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет собой часть конической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскостях которых располагают вершины гофр, гофры выполняют в форме, близкой к равнобокой трапеции, причем боковые грани гофр являются ее основаниями и их изготавливают параллельными друг другу в форме кольцевого сектора, с отбортовками в форме трапеций, размеры гофр в одной ленте выполняют различными и пропорциональными их расстоянию от вершины конической оболочки, а соединение гофрированных лент между собой осуществляют по плоскостям вершин гофр.

17. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при изготовлении трехслойной сотовой конструкции в виде усеченной конической оболочки или ее части с ячейками в форме клина, которые в сечении, перпендикулярном к оси ячейки, имеют форму выпуклого шестиугольника и располагаются в кольцевых рядах, сдвинутых относительно друг друга на половину шага ячейки, объемные элементы в виде гофрированных лент, внешний контур которых представляет часть конической оболочки, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ее ось, и в плоскости которых располагают вершины гофр, изготавливают с гофрами в форме прямоугольников, боковые грани гофр выполняют наклонными к плоскости их вершин под углом 90° < α < 180° и изготавливают в форме параболического сектора, отбортовки на боковых гранях гофр выполняют в виде трапеции, размеры гофр в одной ленте выполняют различными и пропорциональными их расстоянию от вершины конической оболочки, а соединение гофрированных лент осуществляют по плоскостям вершин гофр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33