Способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом



Способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом
G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2779164:

Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» (RU)

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных керамических изделий типа обтекателей высокоскоростных летательных аппаратов различных классов. Предложен способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий определение величины зазора между склеиваемыми поверхностями, нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности и установку на одну из этих поверхностей прокладок из затвердевшего клеящего вещества, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеящего вещества. Соединяемые пары «керамическая оболочка – металлический шпангоут» подбирают с учетом их мембранной жесткости. Для керамической оболочки мембранную жесткость рассчитывают с использованием модуля упругости материала данной оболочки, определяемого по регрессионной зависимости «модуль упругости – скорость ультразвука», предварительно построенной по результатам измерения значений скорости ультразвука в юбочной части оболочки, сопрягаемой со шпангоутом, при этом мембранная жесткость шпангоута не должна превышать соответствующую жесткость керамической оболочки. Технический результат заключается в повышении несущей способности, надежности изделия при сборке керамических обтекателей за счет оптимизации подбора соединяемых при сборке обтекателя керамических оболочек и металлических шпангоутов с учетом значений их мембранной жесткости. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных керамических изделий типа обтекателей высокоскоростных летательных аппаратов различных классов.

Операция соединения керамического изделия (оболочки) с металлическим шпангоутом является одной из наиболее ответственных во всей технологической цепочке производства обтекателей летательных аппаратов.

Основными требованиями, предъявляемыми к данной операции, является обеспечение точной центровки керамической оболочки относительно металлического шпангоута, для исключения эффекта биения обтекателя летательного аппарата в процессе полета, а также оптимизация подбора соединяемых при сборке обтекателя керамической оболочки и металлического шпангоута с учетом значений их мембранной жесткости (жесткости на растяжение), для повышения эксплуатационной надежности обтекателя.

Известен способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий установку между склеивающимися поверхностями прокладок, выполненных из затвердевшего клеящего вещества, толщиной, соответствующей величине зазора, нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеевого соединения (патент РФ №2257292, МПК В28В 1/26, опубл. 27.07.2005 Бюл. №21).

Недостатком данного способа является то, что зазор по всей склеиваемой поверхности не является величиной постоянной и имеет свой допуск. Таким образом, задача подбора прокладок с точно заданной величиной зазора в конкретном месте расположения прокладки представляется трудоемкой задачей. Кроме того, установка прокладок перед нанесением слоя клеящего вещества существенно затрудняет процесс нанесения клея, при этом возникает вероятность смещения прокладки при соединении поверхностей, что может привести к образованию непроклеев (наличие пустот) в клеевом соединении.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) к заявленному решению является способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий определение величины зазора между склеиваемыми поверхностями, изготовление и установку прокладок из затвердевшего клеящего вещества, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеящего вещества, прокладки устанавливают на одну из склеиваемых поверхностей, на которую предварительно нанесен слой клеящего вещества, толщина прокладки должна быть не менее минимальной и не более среднеарифметической величины зазора (патент РФ №2637692, МПК C09J 5/02, В32В 7/12, В32В 15/04, В32В 18/00, опубл. 06.12.2017 Бюл. №34).

Недостатком известного способа (прототипа) является то, что при сборке обтекателя не обеспечивается оптимизация подбора пар «оболочка - шпангоут» с учетом индивидуальных значений их мембранной жесткости для обеспечения эксплуатационной надежности обтекателя.

Задачей заявляемого изобретения является повышение несущей способности и надежности изделия при сборке керамических обтекателей и повышение эффективности процесса сборки за счет оптимизации подбора соединяемых при сборке обтекателя керамического изделия (оболочки) и металлического шпангоута.

Технический результат заключается в повышении несущей способности, надежности изделия при сборке керамических обтекателей и эффективности процесса сборки за счет оптимизации подбора соединяемых при сборке обтекателя керамических оболочек и металлических шпангоутов с учетом значений их мембранной жесткости.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий определение величины зазора между склеиваемыми поверхностями, нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности и установку на одну из этих поверхностей прокладок из затвердевшего клеящего вещества, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеящего вещества, отличающийся тем, что соединяемые пары «керамическая оболочка – металлический шпангоут» подбирают с учетом их мембранной жесткости, для керамической оболочки с использованием модуля упругости материала данной оболочки, определяемого по регрессионной зависимости «модуль упругости – скорость ультразвука», предварительно построенной по результатам измерения значений скорости ультразвука в юбочной части оболочки, сопрягаемой со шпангоутом, при этом мембранная жесткость шпангоута не должна превышать соответствующую жесткость керамической оболочки.

Предлагаемый способ сборки керамических обтекателей, реализуется следующим образом.

Для обеспечения поставленной в заявляемом способе задачи: обеспечение оптимального подбора перед сборкой соединяемых пар «керамическая оболочка – металлический шпангоут» с учетом их мембранной жесткости, создаются расчетные модели напряженного состояния оболочки и шпангоута, основанные на аналитических, конечно-разностных или конечно-элементных методах, по которым определяют их мембранную жесткость, для керамической оболочки с использованием модуля упругости материала данной оболочки.

Измеряют скорость ультразвука в юбочной части оболочки, сопрягаемой со шпангоутом и по полученным результатам из предварительно построенных регрессионных зависимостей «модуль упругости – скорость ультразвука» определяют модули упругости материала данной оболочки.

Регрессионные зависимости «модуль упругости – скорость ультразвука» строятся для каждого типа оболочек индивидуально в процессе экспериментальных исследований по результатам измерения скорости ультразвука в оболочках, в моделирующих их структуру образцах и результатам прямого определения модуля упругости образцов.

По созданным моделям рассчитывают величину мембранной жесткости (жесткости на растяжение) (Аоб) керамической оболочки с использованием результатов определения модулей упругости материала данной оболочки (Еоб), сравнивают ее с рассчитанной мембранной жесткостью шпангоута (Ашп) и оценивают их соответствие условию оптимизации подбора соединяемых при сборке обтекателя пар: жесткость шпангоута не должна превышать жесткость керамической оболочки и, следовательно, обеспечивать непревышение распорными температурными напряжениями в керамической оболочки значений предела прочности на растяжение материала оболочки () при прогреве узла соединения до возникающей при эксплуатации изделия температуры.

Подобранные, таким образом, пары «керамическая оболочка – металлический шпангоут», соответствующие условию оптимизации подбора соединяемых при сборке обтекателя пар и, следовательно, оптимизации величины распорных температурных напряжений в керамической оболочки оценивают как годные для дальнейшей их сборки в составе обтекателя.

При реализации заявляемого изобретения могут быть использованы аналитические расчетные формулы, для создания сложной расчетной модели напряженного состояния оболочки используют программный конечно-элементный модуль, например, ANSYS Mechanical или ANSYS Composite Prep Post, а для измерения скорости ультразвука в контролируемой оболочке используют ультразвуковые приборы типа 25DL-HP и др.

Заявляемое изобретение позволяет повысить несущую способность, надежность изделия при сборке керамических обтекателей и эффективность процесса сборки за счет оптимизации подбора соединяемых при сборке обтекателя керамических оболочек и металлических шпангоутов с учетом значений их мембранной жесткости, рассчитываемой по созданным моделям, для контролируемых оболочек по значениям модулей упругости, определенных экспериментально для каждой из этих оболочек, модули упругости материала которых формируются непосредственно при изготовлении оболочек и, следовательно, могут значительно разниться между собой как в пределах допусков в рамках технологического процесса, так и при каких-либо случайных отклонениях от него и, следовательно, могут значительно разниться между собой значения их жесткости.

В таблице 1 приведены статистические параметры значений скорости ультразвука, измеренной в юбочной части керамических оболочек одного из серийно изготавливаемых на предприятии обтекателей из материала НИАСИТ. Относительный диапазон варьирования данной упругой характеристики материала составляет 19%.

На фиг. 1 показано распределение значений скорости ультразвука в юбочной части оболочек рассматриваемого обтекателя.

Таблица 1

Статистические параметры скорости ультразвука
в юбочной части серийно изготавливаемых керамических оболочек

Кол-во оболочек,
шт.
Среднее
значение,
м/с
Стандартное отклонение,
м/с
Коэффициент вариации,
%
Min/Max,
м/с
145 4565 114 2,5 4200/4990

При этом значения модуля упругости материала НИАСИТ, в пределах допуска по ТУ для значений плотности рассматриваемых оболочек, варьируются в диапазоне от 3150 до 4360 кгс/мм2 (таблица 2). Диапазон варьирования модуля упругости составляет 38% что обусловливает и высокий диапазон варьирования жесткости оболочек и, соответственно, необходимость ее оценки при оптимизации подбора соединяемых пар при сборке обтекателя по предлагаемому способу.

Таблица 2

Статистические параметры модуля упругости материала НИАСИТ

Допуски плотности по ТУ, г/см3 Среднее значение,
кгс/мм2
Стандартное отклонение, кгс/мм2 Коэффициент вариации,
%
Min/Max, кгс/мм2 Значение
по
ТУ 1-596-195-2009
1,97-2,01 3765 350 9,3 3150/4360 ≥ 3000

Сравнение заявляемого способа с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что перед сборкой соединяемые пары «керамическая оболочка – металлический шпангоут» подбирают с учетом их жесткости, определяемой расчетно-экспериментальным методом индивидуально для каждой контролируемой оболочки, с учетом их модулей упругости, при этом жесткость шпангоута не должна превышать жесткость керамической оболочки.

Установлено, что рассмотренные в способе отличительные признаки ранее не встречались, способ соответствует критерию изобретения «новизна» и обеспечивает достижение заданного технического результата изобретения – повышение несущей способности и надежности изделий при сборке керамических обтекателей и повышение эффективности процесса сборки.

Предлагаемый способ может найти применение в процессе производства различных изделий (деталей изделий) из керамических материалов типа оболочек вращения, требующих индивидуального контроля, а также при проведении опытно-конструкторских работ по созданию подобных изделий в различных областях машиностроения.

Способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий определение величины зазора между склеиваемыми поверхностями, нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности и установку на одну из этих поверхностей прокладок из затвердевшего клеящего вещества, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеящего вещества, отличающийся тем, что соединяемые пары «керамическая оболочка – металлический шпангоут» подбирают с учетом их мембранной жесткости, для керамической оболочки мембранную жёсткость рассчитывают с использованием модуля упругости материала данной оболочки, определяемого по регрессионной зависимости «модуль упругости – скорость ультразвука», предварительно построенной по результатам измерения значений скорости ультразвука в юбочной части оболочки, сопрягаемой со шпангоутом, при этом мембранная жесткость шпангоута не должна превышать соответствующую жесткость керамической оболочки.



 

Похожие патенты:

Использование: для диагностики технического состояния трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование механических колебаний в стенке трубопровода посредством инерциального резонатора и регистрацию колебаний трубопровода посредством пьезоэлектрического датчика, при этом инерциальным резонатором возбуждают резонансные колебания в стенке трубопровода, после чего при мгновенном отключении внешнего источника питания инерциального резонатора происходит дальнейшее вращение резонатора по инерции с замедлением частоты вращения при выбеге резонатора до полной остановки; во время выбега резонатора происходит непрерывная регистрация затухающих колебаний стенок трубопровода пьезоэлектрическим датчиком; записанный затухающий сигнал колебания стенок трубопровода разбивается на необходимое количество одинаковых временных интервалов, по каждому из которых формируется спектр для последующего сравнения полученных временных спектров на предмет перераспределения колебательной энергии в этих спектрах, при этом по декременту затухания каждой частоты судят о наличии и размерах дефекта; при этом критерием, определяющим необходимое количество одинаковых временных интервалов, является скорость затухания записанного сигнала: чем меньше скорость затухания сигнала, тем больше количество одинаковых временных интервалов; при этом величина одинаковых временных интервалов определяется частотой дискретизации технических средств.

Использование: для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов содержит электронный блок, датчик для ультразвуковой диагностики объекта контроля, при этом корпус устройства выполнен в форме параллелепипеда со срезанными в задней части углами, на верхней, нижней и боковых стенках корпуса выполнены отверстия в форме прямоугольников, верхняя часть корпуса выполнена в форме крышки, которая крепится к корпусу с возможностью съема, на задней части корпуса выполнены отверстия прямоугольной формы, в которые установлены крышка аккумулятора и ниже крышка электронного блока, в центре передней части корпуса выполнено отверстие в форме круга, в которое установлен объектив LIDAR с встроенной видеокамерой, а по бокам от него выполнены отверстия меньшего диаметра, в которые установлены светодиоды, в центре нижней части установлен активный электромагнитно-акустический преобразователь, а по углам подвижные крепления, которые жестко соединены с приводом, и состоят из основного крепления, к которому крепится заглушка колеса и крышка для сервопривода, опорные колеса с неодимовыми магнитами, которые соединены с сервоприводами, которые установлены внутри корпуса, электронный блок включает в себя узел обработки и синтеза сигналов, выход которого соединен с входами накопителя и узла беспроводной связи, выход которого соединен с входом узла навигации, а вход узла обработки и синтеза сигналов электронного блока соединен с выходами LIDAR с встроенной видеокамерой, активный электромагнитно-акустический преобразователь, выходы сервопривода, активный электромагнитно-акустический преобразователь, LIDAR c встроенной видеокамерой, светодиодов и электронного блока соединены с входами аккумулятора.

Группа изобретений относится к опорам аппаратов, а именно к шасси с колесами, для применения в качестве следящего устройства в сканерах неразрушающего контроля. Измерительный модуль дефектоскопа содержит искательную головку с дефектоскопным преобразователем, шасси и узлом поворота шасси.

Изобретение относится к испытаниям акустических свойств материалов и может быть использовано для измерения коэффициента отражения звука от образца материала в лабораторных условиях. Способ измерения заключается в том, что образец материала облучают тонально импульсным акустическим сигналом, последовательно устанавливая излучатель в узлах плоской решетки.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ автоматизированного ультразвукового термооптического неразрушающего контроля изделий из композитных материалов включает ультразвуковое возбуждение температурного поля в области дефекта, регистрацию температурного поля и выявление дефектных областей путем сравнения величины температурного поля с пороговым уровнем.

Использование: для динамической корректировки чувствительности дефектоскопических средств при высокоскоростном контроле длинномерных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют относительное перемещение дефектоскопического средства и контролируемого объекта в определенном диапазоне скоростей, выполняют периодическое излучение в контролируемый объект ультразвуковых зондирующих сигналов, осуществляют прием и регистрацию отраженных от однотипных конструктивных элементов объекта сигналов, измеряют их параметры, по которым корректируют чувствительность дефектоскопического средства, при этом измеряют текущую скорость контроля, предварительно формируют набор данных сигналов от конструктивных элементов на разных скоростях и чувствительностях контроля, на основе набора данных устанавливают зависимость между усредненными параметрами сигналов, чувствительностью и скоростью контроля, при выполнении рабочего контроля по измеренным при текущей скорости параметрам сигналов от конструктивных элементов вычисляют необходимую величину корректировки чувствительности дефектоскопического средства.

Устройства создания давления и датчики давления можно применять для обнаружения и количественного определения скоплений жидкости в трубопроводах для транспортировки углеводородного флюида. Колебания давления можно обнаруживать посредством датчика давления, причем колебания давления возникают в ответ на вывод устройством создания давления сигнала давления в трубе для транспортировки углеводородов.

Использование: для измерения ритмических частот, мощности и длительности спадов акустических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что из гильбертовской амплитудной огибающей путем фильтрации выделяются низкочастотные составляющие этой огибающей в виде акустических объектов (например, звуков, слов).

Изобретение относится к ветеринарной медицине, в частности к ветеринарному акушерству и гинекологии. Способ диагностики бесплодия у коров включает определение непроходимости яйцепроводов путем введения в матку 0,5% раствора новокаина в количестве 250-300 мл при помощи трехканального катетера.

Устройства 300a и 300b для автоматической проверки металлических пластин включают в себя каретку 14, которая перемещается по поверхности металлической пластины, радионавигационный передатчик 12b или радионавигационный приемник 12a, контрольно-измерительное устройство 15, которое включает в себя дефектоскопическую головку 35, включающую в себя контрольно-измерительный датчик, который сканирует область проверки металлической пластины 10, и блок 71 выработки результатов проверки для выработки результата проверки, и блок управления, который выполняет, на основе позиции каретки 14, измеренной системой измерения позиции, и целевой позиции, которая является позицией каретки 14, управление кареткой 14 для автоматического перемещения в целевую позицию и управление дефектоскопической головкой 35 для сканирования.

Настоящее изобретение относится к способу формирования слоистой структуры, содержащей двухкомпонентную не содержащую растворителей адгезивную композицию. Способ включает равномерное нанесение на поверхность первого субстрата изоцианатного компонента, содержащего по меньшей мере один ароматический изоцианат, равномерное нанесение на поверхность второго субстрата полиольного компонента и приведение поверхности первого субстрата в контакт с поверхностью второго субстрата для смешивания и взаимодействия двух компонентов.
Наверх