Трехслойная корпусная конструкция

 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в авиационной, ракетной технике, строительстве и в областях транспортного машиностроения при изготовлении корпусных конструкций, платформ и переборок машинных отделений, корпусов двигателей, когда требуется сочетание высокой прочности, демпфирования и теплостойкости. Изобретение направлено на повышение демпфирующих, шумо- и теплозащитных характеристик металлических конструкций. Предлагается в трехслойной корпусной конструкции внутренний набор (коробчатый, треугольный и т.д.) или внутренний набор и несущие слои выполнять из слоистого металлополимерного материала с демпфирующими и прочностными свойствами. Для повышения демпфирующих, шумопоглощающих и теплозащитных характеристик полости трехслойной конструкции заполняются вспененной эпоксидной композицией плотностью 0,1-0,6 т/м³, используемой в составе слоистого металлополимерного материала. Теплопроводность трехслойной конструкции, изготовленной из слоистого металлополимерного материала, в 2,5 раза меньше, чем у металлической трехслойной конструкции, а демпфирование возрастает в 40 раз, что приводит к снижению уровня шума на 14 дБ. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в авиационной, ракетной технике, строительстве и в областях транспортного машиностроения при изготовлении корпусных конструкций, платформ и переборок машинных отделений, корпусов двигателей, когда требуется сочетание высокой прочности, демпфирования и теплостойкости.

Известна принятая в качестве ближайшего аналога трехслойная конструкция, содержащая несущие слои и коробчатый заполнитель из алюминиевого сплава (Прохоров Б.Ф., Кобелев В.Н. Расчет трехслойных конструкций. М. Машиностроение, 1984, стр. 23).

Соединение несущих слоев и заполнителя в данном случае осуществляется при помощи клея, или пайки, или сварки.

Недостатком этой конструкции являются невысокие демпфирующие и шумопоглощающие свойства. Этот недостаток существенно снижает эффективность применения указанной конструкции в тех случаях, когда к конструкциям предъявляются повышенные требования по акустическому излучению и вибрации.

Целью настоящего изобретения является повышение демфпирующих, шумо- и теплозащитных характеристик металлических конструкций.

Технический результат достигается тем, что в трехслойной конструкции коробчатый, треугольный или гофрированный заполнитель изготавливается из металлополимерного демпфирующего материала с высокой изгибной жесткостью. Из указанного металлополимерного материала могут быть также изготовлены наружные слои трехслойной конструкции, а полости трехслойной конструкции заполнены вспененной эпоксидной композицией, используемой в составе металлополимерного материала.

Слоистый металлополимерный материал состоит из чередующихся слоев алюминия и эпоксидной композиции и обладает высокой прочностью благодаря использованию высокопрочных алюминиевых сплавов и высокими демпфирующими, шумозащитными свойствами и пониженной теплопроводностью благодаря, в основном, эластичной эпоксидной композиции, например, на основе эпоксидного блоколигомера параоксибензойной кислоты и диэтиленгликольсебацината с высоким демпфированием и прочностью, обеспечивающей передачу напряжений между слоями (смесь эпоксидных смол УП680, УП671 и отвердителя).

Использование слоистого металлополимерного материала в трехслойной конструкции, а также эластичной эпоксидной композиции, которая входит в состав слоистого металлополимерного материала, для соединения несущих слоев и внутреннего набора (коробчатого, треугольного, гофрированного и т.д.) предаст предлагаемой трехслойной конструкции более высокие по сравнению с прототипом демпфирующие, шумо- и теплозащитные свойства.

Демпфирование, шумо- и теплозащитные свойства конструкции можно повысить при заполнении внутренних полостей конструкции вспененной эпоксидной композицией, используемой в составе слоистого металлополимерного материала, с плотностью 0,1-0,6 т/м³.

Для соединения несущих слоев конструкции с заполнителем кроме клеевого может использоваться также клеемеханическое соединение.

На фиг. 1 представлена трехслойная конструкция с коробчатым заполнителем: a - с заполнителем из слоистого металлополимерного материала, несущими слоями из алюминиевого сплава и вспененной эпоксидной композиции; б - с заполнителем и несущими слоями из слоистого металлополимерного материала и вспененной эпоксидной композиции.

Устройство (фиг. 1) состоит из коробчатого набора 1, изготовленного из слоистого металлополимерного материала, наружных несущих слоев 2 из алюминиевого сплава (фиг. 1а) или металлополимерного материала (фиг. 1б), из эпоксидной композиции 3, используемой в составе металлополимерного материала, для соединения несущих слоев и набора, и из вспененной эпоксидной композиции 4 для заполнения внутренних полостей конструкции.

Результаты исследований прочностных свойств при сжатии и изгибе, демпфирующих (коэффициент механических потерь изгибных колебаний) и теплофизических характеристик (теплопроводности), а также снижение уровня шума и объемная масса предлагаемой трехслойной конструкции в сопоставлении с прототипом приведены в таблице.

Общая толщина трехслойной конструкции - 64 мм, толщина несущих слоев ~ 2,0 мм, толщина стенки заполнителя ~ 1,0 мм, толщина эпоксидной композиции при соединении несущих слоев и заполнителя ~ 0,3 мм.

Конструкция прототипа состояла из наружных несущих слоев и коробчатого набора из алюминиевого сплава толщиной соответственно ~ 2 мм и ~ 1 мм, соединенных эпоксидных компаундом K-153.

При изготовлении предлагаемой конструкции и конструкции - прототипа использовался алюминиевый сплав АМг5.

Для исследований на трехточечный изгиб использовались образцы трехслойной конструкции размером в плане 90х400 мм, а на сжатие - образцы размером в плане 150х150 мм. Исследования проводились на прессе усилием 40 т. Определялась нагрузка, соответствующая разрушению образца при сжатии или изгибе.

Определение коэффициента потерь механических колебаний (показатель демпфирования) проводилось способом измерений частотной характеристики.

Характеристики шумопоглощения конструкции определялись расчетным путем с использованием известных зависимостей по результатам полученных демпфирующих характеристик (коэффициента механических потерь).

Как видно из приведенных в таблице данных, в предлагаемой трехслойной конструкции по сравнению с прототипом демпфирование колебаний (коэффициент потерь) возрастает в 40 раз, что приводит к снижению уровня шума на 14 дБ. При этом по прочностным характеристикам предлагаемая конструкция не уступает прототипу.

Теплопроводность предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом снижается в 1,8 - 2,7 раза.

Технико-экономический эффект от использования изобретения по сравнению с прототипом заключается в повышении демпфирующих характеристик, снижении уровня шума и повышении теплозащитных свойств трехслойных конструкций, улучшении тактикотехнических данных судов, построенных с использованием предлагаемой конструкции.

Формула изобретения

Трехслойная корпусная конструкция, содержащая наружные несущие слои и внутренний набор преимущественно из алюминиевого сплава, отличающаяся тем, что внутренний набор или внутренний набор и несущие слои выполнены из слоистого металлополимерного материала, состоящего из чередующихся слоев металла и эластичной эпоксидной композиции, а полости конструкции заполнены вспененной эпоксидной композицией, используемой в составе металлополимерного материала, плотностью 0,1 - 0,6 т/м³.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2