Несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала

 

Изобретение относится к трубам-оболочкам из композиционных материалов, в частности из армирующих нитей и полимерного связующего. Несущая оболочка содержит кольцевой слой настила, выполненный по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости в поперечном сечении в виде клина суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки. Повышается прочность и надежность конструкции. 1з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к трубам-оболочкам из композиционного материала, в частности из армирующих нитей и полимерного связующего.

К оболочкам из композиционного материала предъявляются повышенные требования по прочности и надежности, исключающие разрушение конструкции от воздействия нагрузок в заданных режимах эксплуатации.

Известна несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала, содержащая сетчатый слой из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающий его наружный слой с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, а также кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в наружном слое со стороны сетчатого слоя из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости, скрепленных полимерным связующим (патент RU №2153419, МПК⁷ В 32 В 1/08, 2000).

Известна оболочка, содержащая множество пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающие их слои наружной обшивки с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, скрепленными полимерным связующим (патент RU №2107622, МПК⁶ В 64 С 13/26, 1998).

Также известна аналогичная оболочка из композиционного материала (патент RU №2084343, 1997).

К недостаткам известных оболочек следует отнести необеспечение ими высокой прочности и надежности конструкции со стороны торцевых кольцевых ребер жесткости из-за возникающих расслоений при проявлении сдвиговых деформаций при приложении нагрузок, особенно циклических.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, принята несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала по патенту RU №2153419.

Основной задачей является создание обладающей новизной несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала, в которой исключены были бы недостатки известных решений, достигалась бы высокая прочность и надежность.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение прочности и надежности скрепления слоев и элементов конструкции в зонах торцевых кольцевых элементов.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции кольцевого слоя настила между наружным слоем и торцевым кольцевым ребром жесткости на основе новой концепции организации структуры армирования. Для этого в несущей оболочке в виде тела вращения из композиционного материала, содержащей сетчатый слой из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающий его наружный слой с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, а также кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в наружном слое со стороны сетчатого слоя из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости, скрепленных полимерным связующим, кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости выполнен в поперечном сечении в виде клина, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки. Торцевое кольцевое ребро может быть выполнено из жгутов или ровингов однонаправленных нитей или слоев ткани из стекло-, или базальто-, или органоволокон, или композиции из них.

Отличительными особенностями несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов являются следующие признаки:

- выполнение кольцевого слоя настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в поперечном сечении в виде клина;

- по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости;

- суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки;

- выполнение торцевого кольцевого ребра жесткости из жгутов или ровингов однонаправленных нитей или слоев ткани из стекло-, или базальто-, или органоволокон, или композиции из них;

Указанные отличительные признаки несущей оболочки из композиционных материалов являются существенными, так как в каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Выполнение кольцевого настила на торцевом кольцевом ребре жесткости в поперечном сечении в виде клина, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки, позволяет надежно закрепить торцевое кольцевое ребро в наружном слое и обеспечить высокую прочность конструкции не только от сжимающих нагрузок, возникающий на торце оболочки, но и от растягивающих нагрузок, действующих на торцевое кольцевое ребро в обратном направлении, исключающих вырыв торцевого кольцевого ребра совместно с кольцевым настилом в виде клина из наружного слоя.

Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствием критерию “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов и достичь новый технический результат, что характеризует новое техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом опытно-экспериментальных исследований и творческого вклада, получено без использования проектировочных, стандартных решений или каких-либо рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, не очевидным для специалистов, создано на основе новой концепции организации структуры армирования из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости на торцевом кольцевом ребре совместно со слоем настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей и наружным слоем, соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.

На фиг.1 представлен общий вид несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала, на фиг.2 - поперечное сечение оболочки с торцевым кольцевым ребром в аксиально-радиальном направлении, на фиг.3 - схема нагружения оболочки.

Более подробное описание сущности изобретения с показом позиций на чертежах состоит в следующем.

Несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала (фиг.1, фиг.2) содержит сетчатый слой 1 из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости 2-4 и покрывающий его наружный слой 5 с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями 6-8, кольцевой слой настила 9 из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей 10, 11 в наружном слое 5 со стороны сетчатого слоя 1 из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости 2-4, скрепленных полимерным связующим. Кольцевой слой настила 9 из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей 10, 11 по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости 12 (фиг.2) выполнен в поперечном сечении в виде клина 13, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем 5 в направлении к торцу 14 оболочки. Торцевое кольцевое ребро жесткости 12 может быть выполнено из жгутов или ровингов однонаправленных нитей, или слоев ткани из стекло-, или базальто-, или органоволокон, или комбинации из низ.

Изготовление несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов заключается в намотке нитей, жгутов или ровингов, пропитанных полимерным связующим, на специальную оправку (условно не показано) с последующей термообработкой заготовки в термопечи по режиму отверждения связующего. Функционирование несущей оболочки заключается в восприятии ею нагрузок (фиг.3), приложенных к торцевому кольцевому ребру жесткости. Изготовленная несущая оболочка с использованием нового технического решения подвергалась воздействию многоцикловых механических нагрузок. Результаты испытаний положительные, разрушений конструкции не наблюдалось.

Таким образом, новое техническое решение при реализации в несущей оболочке из композиционных материалов воспроизводимо промышленным путем, дает новый положительный эффект, соответствует и критерию “промышленная применимость”, т.е. уровню изобретения.

Moгyт быть различные варианты выполнения несущей оболочки в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов с достижением нового технического результата и отдельных свойств, приведенных на примерах предпочтительной конструкции в описании и чертежах, не выходя за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы.

Формула изобретения

1. Несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала, содержащая сетчатый слой из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающий его наружный слой с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, а также кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в наружном слое со стороны сетчатого слоя из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости, скрепленных полимерным связующим, отличающаяся тем, что кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости выполнен в поперечном сечении в виде клина, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки.

2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что торцевое кольцевое ребро выполнено из жгутов или ровингов однонаправленных нитей, или слоев ткани из стекло-, базальто- или органоволокон или комбинации из них.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3