Многослойная панель

 

Изобретение относится к конструкциям многослойных панелей и может найти применение для создания силовых оболочек сооружений, судов, корпусов летательных аппаратов и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св. № 925005. Целью изобретения является повышение несуш,ей способности панели и улучшение ее амортизационных качеств. Многослойная панель состоит из выпуклого 1 и вогнутого 2 несущих слоев и скрепленного с ними заполнителя, включаюшего ряды армируюш,их элементов, выполненных в виде раскосов 3, 4, расположенных под углом к несуш,им слоям. Раскосы соединены перемычкой с несущими слоями при помощи шарниров, выполненных в форме отрезков труб. Перемычки выполнены из материала , обладающего эффектом памяти формы, пластически деформированы деформациямикручения в направлении обратном направлению деформации кручения перемычек при прохлопывании панели. Отрезки труб, надетые на перемычки, установлены в пазах несущих слоев панели. Несущие слои выполнены с ребрами 8, расположенными над пазами и ориентированными вдоль перемычек над выпуклым слоем 1 и поперек перемычек под вогнутым слоем 2. 6 ил. S (Л W // 1Ч

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU, 1276776

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ вогнутого 2 несущих слоев и скрепленного с ними заполнителя, включающего ряды армирующих элементов, выполненных в виде раскосов 3, 4, расположенных под углом к несущим слоям. Раскосы соединены перемычкой с несущими слоями при помощи шарниров, выполненных в форме отрезков труб. Перемычки выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы, пластически деформированы деформациями кручения в направлении обратном направлению деформации кручения перемычек при про«лопывании панели. Отрезки труб, надетые на перемычки, установлены в пазах несущих слоев панели. Несущие слои выполнены с ребрами 8, расположенными над пазами и ориентированными вдоль перемычек над выпуклым слоем 1 и поперек перемычек под вогнутым слоем 2. 6 ил. юг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 925005 (21) 3904657/29-33 (22) 03.06.85 (46) 15.12.86. Бюл. № 46 (72) В. У. Котельников и Г. М. Касаткин (53) 691-413 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 925005, кл. В 64 С 3/26, 1980. (54) МНОГОСЛОЙНАЯ ПАНЕЛЬ (57) Изобретение относится к конструкциям многослойных панелей и может найти применение для создания силовых оболочек сооружений, судов, корпусов летательных аппаратов и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св. № 925005. Целью изобретения является повышение несущей способности панели и улучшение ее амортизационных качеств. Многослойная панель состоит из выпуклого 1 и (sg 4 Е 04 С 2 36 F 16 F 7 12 В 64 С 3 26

1276776

1О !

25

40

Изобретение относится к конструкциям многослойных панелей, имею(цих несущие слои, заполнитель, собранный из профилей и включающий армирующие элементы, присоединенные к определенным частям запели, может найти применение для создания силовых оболочек сооружений, судов, корпусов летательных аппаратов, обладающих высокой несущей H амортизируfoli(eH способностью на воздействие интенсивных многократных нагрузок, и является усовершенствованием известного устройства по основному авт. св. № 925005.

На фиг. 1 изображена конструкция, общий вид; на фиг. 2 и 3 — - аксонометрия структуры армирующих элементов; на фиг. 4 -- панель, поперечный разрез; на фиг. 5 rn жс, вид сверху; на (1)!>г. 6

1! ри м(р Ilа! pу жp ни я и пред Bа р и ге!! !>IIОI о Ilа— и р 5! ж с H и л и а и (. л и .

Панель состоит из несущих верхнего воп!утого и нижнего выпуклого 2 слоев, соединенных с заполнителем, вклк)чак)щем армируюшие элементы, выполненнь«из непрерывной металлической проволоки, множество раз изогнутой в поперечных плоскостях. Лрмирую!цие элементы имеют раскосы 3 и 4, соединенныс друг с другом перемычками 5 и с несущими слоями 1 и 2.

Г1еремычки установлены в трубы 6, имеющие разрезы 7, и соединены с несущими слоями 1, 2 панели (два вида рядов армируюп(их элементов показаны на фиг. 3), Армиру!о!цис элементы, соответственно !срсдуясь, соединяются по соприкасающимся раскосам 4, образуя таким образом из продольных проволочных рядов пространственную структуру ячеистого типа.

Перемычки 5 изготовлены ()тносительно малой длины и большого диаметра, что обеспечивает значительный с кручиваю!ций

МОМЕНТ И ВМЕСТЕ С ЭТИМ СРа В НИТС. Ь !О vl (1лыс срезающие усилия в местах соединения труб с несу гци ми слоями 1 и 2.

Перемычки 5 предварительно дефо..)мированы деформациями кручения в направлении обратном направлению деформации амортизации. Меняя величину угла предварительного пластического закручивания по опрсдсленному закону между парами раскосов в их последовательности в одной плоскости, можно создать в обшивках предварительное напряжение по оптимальному закону, учитыBaIonLpMv распределение внешней naf póçêè, причем такой закон может учитывать изменение знака напряжения предварительного нагружения, поскольку слой может нагружаться с обеих сторон (фиг. 6).

Поперек армирующих рядов, в,.оль осей перемычек 5, на несущем слое выполнены ребра 8. Ребра на слое имек)т и!ирину, соизмеримую с толщиной шарниров, так как предназначены для улучшения восприятия локальных усилий. Ребра 8 в выпуклом слое устанавливаются в nanpanлении поперечном к плоскости цилиндрического изгиоа при амортизации. Вследствие этого эти ребра не noBblln a Io г жесткости панели в плоскости изгиба, для амортизации которого предназначена nalieль, а повышают жесткость и прочность:!анели к прогибу в п. IocêoñTH, поперечной к плоскости изгиба прН амортизации, вследствие чего повышается несущая способность панели и ее работоспособность, так как обеспечивается правильный цилиндрический изгиб и выпучивание конструкции без искривления образующей. С противоположной стороны ребер 8 (на внутренних сторонах несущих слоев 1 и 2) выполнены пазы 9 в форме полуцилиндров, в которые установлены соосные ряды отрезков труб с перемычками 5.

Вогнутый слой 1 выполнен с ребрами 10 поперечно налравлеfIH5IM перемычек 5. Перпендикулярно и IocKocòè цилиндрического изгиба установлены силовые элементы 11 для крепления панел1-.

Сборка предлагаемой конструкции осу-! цествляется следующим образом.

Известными методами изготавливаются несущие слои 1 и 2. Из непрерывной ме)а;!г!ической npoaoëoêé (из материала с эффектом памяти формы) на изгибочных авToматах изготавливаются ряды армирующHX элементов, из которых затем набирают пространственную структуру и соединяют на сварочных автоматизированных станках с соотв TcTB)foùHvfH раскосами 3 и 4. Чтобы прилaTb перемычкам требуемую форму «памяти», т. е. конфигурацию, х которой они должны стремиться возвращаться в процессе нагрева, их подвергают местному отжигу в заневоленном (т. е. жестко зафиксированном в оправке) состоянии. при температуре выше температуры конца обратного мартенситного превращения {для никелида титана 450-500" (:) с последук)гцим охлаждением в те«el!He -2 I на воздухе или в воде. При этом B зансволенном состоянии расстояния между перемычками;!ревышают расстояния между местами их,становки нг несуlLLHe слои, т. с. заполните lb растянут в направлении, перпендикулярном к перемы !кам.

Раскосы выполняются жесткими на сжатие посредством местной закалки, а .гакже соединения их с трубами, Перемычки уста:1авливаются в труб..! 6 либо одновременно с процессом гибки перемычек, либо при помощи разрезов 7 после гибки рядов.

Перед соединением заполнителя с несущими слоями его охлаждают до температур, не превы!Иа!он,.(!х начала прямого мартенситного преобразования и пластически деформируют, сжимая ряды в плоскости панели.

При этом перемычки получают пластические деформации кручения. При необходиvIocTH задания разли шых величин крутящих моментов и, следовательно, усилий сдвига производят последовательное скручивание

1276776

25 каждого ряда перемычек 5, прикладывая усилия к паре раскосов 3 и 4, соединенных перемычкой 5. Каждый стержень-перемычка может предварительно деформироваться кручением на станках-автоматах до калиброванного заданного значения пластической деформацией кручения и маркируется. Таким образом, обеспечивается предварительное напряжение Рлр напр, пропорциональное уровню внешнего давления Р; IIII (фиг. 6).

С целью получения высокостабильных характеристик напряжений возврата перемычки могут подвергаться «тренировке». Вследствие этого обеспечивается высокая точность задания величины деформации. Собранную таким образом структуру заполнителя устанавливают на один из несущих слоев, накладывают второй слой и соединяют в пакет при помощи пайки или склеивания.

Стержни перемычек заполнителя, деформированные кручением на различную величину, укладывают между слоями в соответствии с заданным законом предварительного нагружения. Установка раскосов может осуществляться последовательно на несущий слой 2 и проводиться автоматически. Раскосы, установленные между участками верхней и нижней обшивок, создают силовой контур и обеспечивают пространственную устойчивость заполнителя, что облегчает процесс сборки конструкции. Разрезы труб соединяются с несущими слоями.

Если интервал обратного мартенситного превращения перемычек 6 близок к температуре процессов соединения пакета слоев, то осуществляется постоянная продувка полости охлаждаюшим телом, поддерживаюшим необходимую температуру материала перемычек. Нагревают заполнитель до температур выше интервала температур обратного мартенситного преобразования. Усиливанием скручивания производят напряжение несущих слоев. Для создания значительных усилий стержни имеют незначительную длину и достаточно большой диаметр.

При таком предварительном напряжении .происходит внутренний распор несущих слоев. При этом происходит напряжение несущих слоев, приводящее к появлению распределенного по заданному закону поля загибаюших моментов в сечении конструкции, так как напряжение скручивания перемычек вызовет появление боковых сил, приложенных к сечениям несущих слоев. При этом может осуществляться предварительный выгиб конструкции навстречу действующей внешней нагрузки. Если необходимо нагрузить только один слой, то присоединение второй обшивки осуществляется только после преднапряжения первой.

Предварительное напряжение не влияет на прочность, но существенно повышает жесткость и критические нагрузки конструкции.

Конструкция изготавливается из металлов, поэтому в ней отсутствуют потери предварительных напряжений, так ползучесть конструкционных металлов, например стали, незначительна и быстро затухает во времени.

При относительно небольшом уровне поперечных нагрузок конструкция работает как упругая. При этом поперечные усилия с одного слоя на другой передаются за счет жесткости перемычек на упругое скручивание. При больших поперечных нагрузках угол между раскосами значительно меняется и они поворачиваются относительно перемычек, жесткие раскосы снижают величину относительного сближения несущих слоев. В этой стадии работы передача усилий с одной обшивки на другую происходит через пластически скручиваемыс перемычки, зафиксированные шарнирами от смещения в плоскости слоев. В результате этого обеспечивается амортиза . HH к- HcTt)i K ции за счет рассеивания энергии на пластически скручиваемых перемы: ках и снижается энергия ударных и динамических нагрузок на внутреннюю обшивку, а импульс действия растягивается во времени. При обеспечении достаточной жесткости и величины упругой деформации обшивок конструкция возвращается в исходное положение и может быть использована для динамического нагружения многократно. При этом каждый раз происходит полное восстановление несушей способности. Так как раскосы соединены друг с дрч-ом и основаниями с несущими слоями посредством поперечных нсрсмычек, при нагрузках, вызывакнцих сб,lияение слоев, происходит уменьшение угла между раскосами в результате скручивания перемычек. Ввиду того, что пластическое скручивание имеет стабильные xHpHI : теристики, высокую энергоемкость, значительный ход амортизации, а раско ы установлены по всей внутренней полости панели, то даже при больших нагрузках со.,раняется высокая однородность прочностных, жесткостных и амортизационных характеристик заполнителя, что обеспечивает в "IcoKvlo несугцую способность за полните, я при и нтепсивных (в том числе и динамических) нагрузках.

Величина предварительного напряжения несущих слоев определяется степенью относительной пластической деформации перемычек из материала. обладаюшего эффектом памяти формы, напряжениями усилий возврата конкретного типа материала. Регулируя величины усилий возврата, можно задавать предварительные напряжения по определенным кривым, повторяющим очертания произвольных заданных эпюр изгибаюших моментов. Например, для панели, «работающей» на равномерную нагрузку. виль: оптимальных эпюр изгибаюших моментов имеюг форму квадратной параболы.

1276776

Несущие слои 1, 2 и трубы могут быть изготовлены из металлических (стальных, титановых) сплавов или композиционных материалов, перемычки и раскосы — из материала с памятью формы, например нитииола.

При действии на панель значительных внешних нагрузок конструкция имеет повышенное значение критических нагрузок вследствие возникновения, ири сборке и сохранения в процессе эксплуатации упругого предварительного напряжения мом»нтного состояния, распределенного по определенному закону, противоположного по знаку действующим внешним нагрузкам.

Напряжение осуществляется по участкам, вследствие этого предлагаемая панел обладает качеством нагружения одного из слоев напряжениями любого знака, что увеличивает возможность оптимизации создаваеMh1x ири иомогци предлагаемой панели различных силовых оболочечных конструкций.

Отличительным ценным свойством конструкции является то, что предварительное нагружение каждого из слоев может осуществляться независимо один от другого, т. е. ири создании преднапряж»ния усилие в несущем слое создается замкнутым силовым контуром, состоящим из перемычки, двух раскосов и наирягаемого участка оболочки.

Преимуществом локально иредварительIto иагружаемых конструкций является то, что при значительных прогибах в какойлибо ограниченной зоне конструкции не происходит снятия предварительного напряжения во всей оставшейся конструкции и тем самым уровень несущей способности ес снижается незначительно и может быть по-преж- 35 нему достаточно высоким.

Предлагаемое техническое решение позволяет создать оптимальные многослойные амортизационные конструкции с ир»дварительным напряжением, распределенным по заданному закону по поверхности конструкции. Зто имеет существенное значение для конструкций со сложной переменной кривизной, а также в случае приложения Неравномерных нагрузок. Такая конструкция позволяет производить предварителыгое напряж»ние несущих слоев локально с малым шагом по всей поверхности. Г1ри этом могут создаваться усилия предварительного напряжения по любому заданному закону.

Таким образом, достижение эффекта осуществляется искусственным созданием уси- 50 лий по оптимальному закону, которые иротиводействуют усилиям со стороны внешней нагрузки. Конструкция обеспечивает приложение предварительных усилий по поверхности нужной величины и знака, фиксацию их в сечениях или элементах. Причем с увеличением степени предварительного напряжения увеличивается область упругой работы конструкции, так как при воздействии эксплуатационных нагрузок в несущих слоях погасятся сначала предварительные напряжения.

Применение предлагаемого устройства повышает несущую с пссобность и улучшает амортизационные свойства панели ири многократных динамических воздействиях неравномерно распределенных нагрузок, кроме того, ввиду достаточно частой установки напрягающих элементов начальные неровности листа практически и» влияют на степень предварительного иагГужения; высокая демпфирующая способность конструкции в сочетании с высокой ио сравнению с полимерными заполнителями прочностью и жесткостью заполнителя обусловлена использованием в качестве составного элемента несущеio слоя нитиноловых сплавов; возможно использовани» для теоретического расчета в общем случае нс.однородного предварительного напряженного состояния библиотек расчета прикладных задач, например расчета стержневых конструкций, для которого является эффективным использование метода конечных элеме IToB; отпадает необходимость в захватах для передачи усилия предварительного нагружения, что снижает массу конструкции и повышает»е надежность; панель обладает оптимальными характеристиками с точки зрения амортизационных и жесткостных свойств.

Форму га изобретения

Многослойная панель ио авт. св.

¹ 925005, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности и улучшения эксплуатационны:; качеств, перемычки выполнены из материала с эффектом памяти формы и предварительно пластически д»формированы деформациями кручения, а несущие слои выполнены с пазами, в которых установлены шарниры, соединяющие иеpeìhèêH с несущими слоями, причем последние выполнены с ребрами, расположенными иоц пазами и ориентированными вдоль перемыч»к над выгнутым слоем H поперек перемычек иод вогнутым.

1276776

Фиг.2 го з ч

1276776

Составитель Е. Чернявская

Редактор Н. Слободяннк Техред И. Верес Корректор !. Патай

Заказ 6647/26 Тираж 7! 8 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4