Опорный шпангоут из композиционного материала

 

Изобретение относится к строительству , в частности к силовым элементам для подкрепления туннелей, цилиндрических контейнеров, а именно к опорным шпангоутам из композиционного материала. Цель изобретения - повышение прочности и надежности , а также упрощение технологии изготовления. Опорный шпангоут состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки 2, крестообразных распорных элементов 3 и размещенных между слоями полок жестких пластинчатых или стержневых элементов 4. Непрерывные армирующие волокна 5 образуют кольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 посредством переплетения с пластинчатыми или стержневыми элементами 4. Армирующие волокна 5 поочередно располагаются с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 4, огибая их по винтовой спирали. 7 ил. i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1620761 (51) 5 F 16 1 9/12 Е 04 С 3/29

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СЬ

К) 3 (.Ь иг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4647091/33 (22) 06.02.89 (46) 15.01.91. Бюл, № 2 (72) А. Н. Норкин, А. Г. Коробейников, М. А. Терешонков и В. П. Исаев (53) 621.643.41 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1320359, кл. E 04 С 2/24, 1987.

Авторское свидетельство СССР № 1469234, кл. F 16 1 9/12, 1987. (54) ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КОМПО ЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к строительству, в частности к силовым элементам для подкрепления туннелей, цилиндрических контейнеров, а именно к опорным шпан2 гоутам из композиционного материала. Цель изобретения — повышение прочности и надежности, а также упрощение технологии изготовления. Опорный шпангоут состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки 2, крестообразных распорных элементов 3 и размещенных между слоями полок жестких пластинчатых или стержневых элементов 4. Непрерывные армирующие волокна 5 образуют кольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 посредством переплетения с пластинчатыми или стержневыми элементами 4. Армирующие волокна 5 поочередно располагаются с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 4, огибая их по винтовой спирали. 7 ил.!

620761

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве силового элемента для подкрепления туннелей, цилиндрических контейнеров и т. п.

Цель изобретения — повышение прочности и надежности, а также упрощение технологии изготовления.

На фиг. 1 изображен кольцевой шпангоут с поперечным сечением в виде двутавра; на фиг. 2 — фрагмент шпангоута; на фнг. 3 — то же, вид сбоку; на фиг. 4— переплетения армирующих волокон со стержневыми элементами; на фиг. 5 — фрагмент шпангоута с дополнительными узлами пересечения крестообразных распорных элементов; на фиг. 6 — формирование кольцевых полок шпангоута; на фиг. 7 — формирование крестообразных распорных элементов.

Опорный шпангоут 1 (фиг. 1) состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки 2, крестообразные элементы 3 и размещенных между слоями полок жестких пластинчатых или стержневых элементов 4.

Непрерывные армирующие волокна 5 (фиг. 2) образуют кольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 посредством переплетения с пластннчатыми или стержневыми элементами 4. Армирующие волокна 5 (фиг. 3 и 4) поочередно располагаЮтся с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 4, огибая их по винтовой спирали так, что смежные волокна, формирующие полки 2, находятся с противоположных сторон пластинчатых или стержневых элементов 4 одного ряда, а смежные волокна, формирующие крестообразные распорные элементы 3, находятся с противоположных сторон пластннчатых или стержневых элементов 4 смежных рядов..

Чередование слоев волокон, образующих кольцевые полки 2 и крестообразные элементы 3, позволяет получать разнообразные формы поперечного сечения шпангоута как в целом, так и на отдельных участках, для обеспечения требуемого момента инерции поперечного сечения шпангоута и переменной жесткости вдоль его образующей.

Для повышения надежности конструкции шпангоут может иметь несколько узлов пересечений крестообразных распорных элементов 3 (фнг. 5). Причем с увеличением геометрических размеров шпангоута расстояние между узлом пересечения крестообразных распорных элементов 3 и полками 2 шпангоута не изменяется, а лишь увеличивается число узлов пересечений крестообразных распорных элементов, что существенно повышает стойкость конструкции к повреждениям.

Шпангоут изготавливается следующим образом.

На оправку 6 (фиг..6 и 7) устанавливаются жесткие пластинчатые или стержневые элементы 4 в торцовой ее части по линиям, образующим заданный профиль шпангоута. При вращении оправки нитеукладчик 7, содержащий нитеводитель 8 и наконечники 9, совершает возвратно-поступательное движение в плоскости вращения оправки. При этом волокна 5 оплетают пластинчатые или стержневые элементы 4 одного ряда или смежных рядов, формируя кольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 в зависимости от амплитуды возвратно-поступательного движения нитеукладчика 7.

Для предотвращения поломок или травмирования элементов 4 наконечники 9 нитеукладчика 7 выполнены гибкими. Для получения высоких прочностных и жесткостных характеристик конструкции намотку ведут высокомодульными волокнами, являющимися наиболее перспективными для изготовления высоконагруженных конструкций. Наматывая требуемое количество пропитанных связующим составом армирующих волокон, 25

55 формируют шпангоут. Затем полученную структуру механически уплотняют в осевом направлении и проводят термообработку. Разрезка стержневых или пластинчатых элементов в зоне соединения с оправкой завершает цикл изготовления издели я.

В предлагаемой конструкции шпангоута крестообразные распорные элементы располагаются в плоскости действия тангенциальных напряжений, а следовательно, воспринимают действующие нагрузки, что приводит к увеличению прочности шпангоута.

Пример. Для экспериментальной проверки используется конструкция шпангоута с поперечным сечением в виде швеллера.

Высота профиля шпангоута 25 мм, ширина полки шпангоута 15 мм, а наружный диаметр 245 мм. Стержневые элементы выполнены в виде штифтов диаметром 2 и длиной 20 мм из углеродной нити УКН, пропитанной эпоксидным связующим. Стержневые элементы устанавливаются в торцовую часть оправки, изготовленной из пенополиуретана, двумя рядами по окружностям. Шпангоут формировался мокрой намоткой углеродных нитей «Урал», пропитанных эпоксидным связующим.

Форму поперечного сечения шпангоута в виде швеллера получают следующим образом. Непрерывная армирующая нить наматывается на стержневые элементы, поочередно располагаясь с одной и с другой стороны одного и другого ряда стержневых элементов, формируя крестообразные распорные элементы, являющиеся одной из боковых стенок конструкции. Затем нить наматывается на стержневые элементы одного ряда, рас1620761

5 полагаясь поочередно с одной и с другой стороны и формируя полку шпангоута.

После этого нить поочередно огибает стержневые элементы одного и другого ряда, располагаясь с одной и с другой стороны, формируя крестообразные распорные элементы, являющиеся второй стенкой шпангоута. После формирования шпангоута, оправку с заготовкой термообрабатывают по стандартному режиму для эпоксидного связующего. Затем стержневые элементы перерезают в зоне соединения с оправкой.

Использование изобретения позволяет повысить прочность и надежность конструкции и . значительно упростить технологический процесс изготовления.

Формула изобретения

Опорный шпангоут из композиционного материала, образованный чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон спиральной и кольцевой намотки, содержащий кольцевые полки и крестообразно установленные распорные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и надежности, а также упрощения технологии изготовления, полки шпангоута снабжены установленными вдоль их образующих и размещенными между их слоями жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами, а распорные элементы выполнены в виде огибающих их чередующихся зигзагообразных волокон кольцевой намотки.

1620761

1620761

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 415

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 01

Редактор И. Касарда

Заказ 4234

Составитель Е. Чернявская

Техред А. Кравчук Корректор М. Самборская

Тираж Подписное