Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем



Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем
Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем

 


Владельцы патента RU 2568487:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к способам изготовления многослойных конструкций из заполнителей в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных структур и может быть использовано в производстве многослойных панелей из различных материалов, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы. Ферменный заполнитель представляет собой объемную структуру из различного рода материала в виде ячеек в форме повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных структур. Изготавливают при помощи лазерной резки из материалов, таких как металлы, керамика, стекло, полимеры, композиты, полупроводники. Полотно материала нарезают на три вида повторяющихся зигзагообразных стержневых элементов. В одном варианте полотно нарезают на зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах, во втором - полотно нарезают на зигзагообразные стержневые элементы без шипов, в третьем - на зигзагообразные стержневые элементы без шипов и с шипами, в четвертом - на стержни, имеющие две вершины с шипами. Во впадинах их оснований всех видов зигзагообразных стержневых элементов выполняют прорези. На обшивках выполняют отверстия под размеры шипов для точного соединения с ячейками, после этого собирают зигзагообразные стержневые элементы в единую конструкцию заполнителя, так чтобы прорези впадин основания вершин с шипами первого и третьего элементов совпали с прорезями впадин основания вершин второго элемента, после чего получают пирамидальные ячейки, имеющие одну общую вершину с каждой из соседней. Для получения тетраэдальных ячеек соединяют прорези впадин основания вершин третьего элемента с прорезями впадин основания четвертого элемента, после чего полученные ячейки соединяют обшивками, для этого шипы, находящиеся на вершинах и концах каждого из зигзагообразных стержневых элементов, вставляют в прорези отверстий в обшивках и места контакта их сваривают или склеивают для прочного соединения заполнителя с обшивками. Изобретение обеспечивает упрощение способа изготовления ферменного заполнителя с ячейками в виде пирамидальных и тетраэдальных структур и повышение их жесткости путем повышения качества их соединения при помощи склеивания, сварки или пайки. 9 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к способам изготовления многослойных конструкций из заполнителей в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных структур и может быть использовано в производстве многослойных панелей из различных материалов, таких как металлы, керамика, стекло, полимеры, композиты, полупроводники, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы, применяемых в летательных аппаратах, судостроении, машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Известен «Способ изготовления ферменного заполнителя», включающий обшивки, ферменный заполнитель, состоящий из переплетенных между собой стержней, расположенных между двумя обшивками. В сборочное приспособление подается листовой материал (будущая обшивка), туда же загоняется ферменный заполнитель. Далее при помощи сварочного устройства листы обшивок соединяются с вершинами заполнителя. Сварка проходит по всей ширине панели. На выходе получается готовая силовая трехслойная панель с ферменным заполнителем (патент US №6.644.535 B2, опубл. 11.11.2003, МПК B21D 39/00; B23K 1/20; B23K 31/00; B32B 5/12; B32B 7/00).

Недостатком данного способа является необходимость специализированного сварочного оборудования, а также сложного технологического оборудования для установки обшивок на ферменный заполнитель. Используемое приспособление для обеспечения жесткости конструкции во время сварки требует определенного внутреннего пространства для размещения и, следовательно, накладывает ограничение на размеры конструкции. Также вызывает сомнение качество сварочных швов и целостность конструкции при данном виде сварки. Таким образом, данный способ является технологически сложным и дорогостоящим.

Наиболее близким по технической сущности, взятым в качестве, прототипа является изобретение "Способ изготовления многофункциональных сотовых заполнителей ", включающий две обшивки и повторяющиеся объемные ячейки, выполненные из стержневых элементов, обладающих улучшенными структурными свойствами и многофункциональной конструкцией. Заполнители могут быть изготовлены из различных материалов (металлов, керамики, стекло, полимеры, композиты, полупроводники) и иметь различные поперечные сечения (квадрат, круг, прямоугольник). Для изготовления данного заполнителя берется лист материала, далее при помощи штампа получают выдавливанием (прорезание) шестигранные и квадратные отверстия. Затем полученный лист с отверстиями загоняют под штамп с выемками в виде пирамид и тетраэдров и осуществляют давление с прогибом на листе с квадратными и шестигранными отверстиями и при этом получаются структуры в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных ячеек. Далее полученный заполнитель соединяют с обшивками, производя пайку или сварку в местах контакта (Патент US №2011/0250385 A1, опубл. 13.10.2011, МПК B32B 3/12, B32B 37/00, B32B 3/06).

Недостатком данного изобретения является сложность процесса изготовления многослойной конструкции сотового заполнителя, требующего больших затрат времени, а также невозможность произвести точную сварку или склеивание в местах контакта стержней с обшивками, что снижает качество соединения, а значит, и снижает жесткость заполнителя, в целом снижает эффективность способа изготовления.

Решаемой задачей является упрощение способа изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем за счет сокращения времени на изготовление заполнителя с обшивками, увеличение жесткости конструкции, путем повышения качества их соединения при помощи склеивания, сварки или пайки.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является создание высокоэффективного способа изготовления многослойной конструкции ферменного заполнителя за счет упрощения способа изготовления ферменного заполнителя с ячейками в виде пирамидальных и тетраэдальных структур и повышения их жесткости путем повышения качества их соединения при помощи склеивания, сварки или пайки.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем, заключающемся в получении из разного рода материалов заполнителей в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных ячеек с гранями, выполненными в виде зигзагообразных стержневых элементов с вершинами и впадинами, и соединении их с обшивками, полотно материала нарезают на различные виды повторяющихся зигзагообразных стержневых элементов, в первом случае, полотно нарезают на зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах, во втором случае, на зигзагообразные стержневые элементы без шипов, в третьем случае, на зигзагообразные стержневые элементы без шипов и с шипами, в четвертом случае, на стержни, имеющие две вершины с шипами, при этом во впадинах их оснований вершин всех видов зигзагообразных стержневых элементов выполняют прорези, а на обшивках выполняют отверстия под размеры шипов, для точного соединения с ячейками, после этого собирают зигзагообразные стержневые элементы в единую конструкцию заполнителя, так чтобы прорези впадин основания вершин с шипами первого и третьего элементов совпали с прорезями впадин основания вершин второго элемента, после чего получают пирамидальные ячейки, имеющие одну общую вершину с каждой из соседней, причем для получения тетраэдальных ячеек также соединяют прорези впадин основания вершин третьего элемента с прорезями впадин основания четвертого элемента, затем полученные ячейки соединяют обшивками, для этого шипы, находящиеся на вершинах и концах каждого стержневого элемента, вставляют в прорези отверстий в обшивках и места контакта их сваривают или склеивают для прочного соединения заполнителя с обшивками.

Для повышения жесткости конструкции на вершинах каждой из структур сделаны небольшие шипы, а на обшивке с ответной стороны сделаны отверстия под данные шипы. Соединение заполнителя происходит по данным прорезям, что увеличивает точность и качество изготовления. Для более жесткого соединения металлических конструкций возможно соединение сваркой вершин с обшивками, для композиционных структур - клеевое соединение на месте стыка.

Применение заполнителя, выполненного в виде пирамидальных и тетраэдальных структур по данному способу, повышает эксплуатационные характеристики заполнителя, а именно жесткость, и ведет к снижению массы конструкции, не изменяя прочностных характеристик.

Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, на которых изображено:

на фиг. 1 представлено полотно материала с повторяющимися стержневыми элементами;

на фиг. 2 - зигзагообразные стержневые элементы;

на фиг. 3 - обшивка с отверстиями, полученная после резки;

на фиг. 4 представлен процесс сборки зигзагообразных стержневых элементов в пирамидальную конструкцию заполнителя;

на фиг. 5 представлен процесс сборки зигзагообразных стержневых элементов в тетраэдальную конструкцию заполнителя;

на фиг. 6 - ферменный заполнитель с повторяющимися пирамидальными ячейками;

на фиг. 7 - ферменный заполнитель с повторяющимися тетраэдальными ячейками;

на фиг. 8 - ферменный заполнитель с повторяющимися тетраэдальными ячейками с верхней и нижней обшивками;

на фиг. 9 - ферменный заполнитель с повторяющимися пирамидальными ячейками с верхней и нижней обшивками,

где: 1 - зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах; 2 - зигзагообразные стержневые элементы с вершинами без шипов; 3 - зигзагообразные стержневые элементы с чередованием вершин с шипами и без шипов; 4 - шипы в основаниях вершин всех видов стержневых элементов; 5 - прорези в основаниях вершин всех видов стержневых элементов; 6 - стержневой элемент с шипами на вершинах и прорезью, 7 - отверстия в обшивках.

Изготовление многослойной конструкции с ферменным заполнителем

Полотно материала нарезают на три вида повторяющихся зигзагообразных стержневых элементов (фиг. 1), когда в первом случае, нарезают полотно на зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах 1 (фиг. 2), во втором случае, полотно нарезают на зигзагообразные стержневые элементы без шипов 2 (фиг. 2), в третьем случае, полотно нарезают на зигзагообразные стержневые элементы без шипов и с шипами 3 (фиг. 2), в четвертом случае, полотно нарезают на стержни, имеющие две вершины с шипами 6 (фиг 2), при этом во впадинах их оснований всех четырех видов зигзагообразных стержневых элементов выполняют прорези 5 (фиг. 2), при этом на обшивках выполняют отверстия под размеры шипов 7 (фиг. 3), для точного соединения с ячейками, после этого собирают зигзагообразные стержневые элементы в единую конструкцию заполнителя, так чтобы прорези 5 впадин основания вершин с шипами первого 1 (фиг. 2) и третьего элементов 3 (фиг. 2) совпали с прорезями впадин вершин второго элемента 2 (фиг. 2), после чего получают пирамидальные ячейки (фиг. 6), для получения тетраэдальных ячеек (фиг. 7) соединяют прорези 5 впадин вершин третьего элемента 3 (фиг. 2) с прорезями 5 впадин основания четвертого элемента 6 (фиг. 2), затем полученные ячейки соединяют обшивками, (фиг. 8, 9), для этого шипы 4, находящиеся на вершинах и концах каждого из стержней (фиг. 2), вставляют в прорези отверстий в обшивках 7 (фиг. 3) и места контакта их сваривают или склеивают для прочного соединения заполнителя с обшивками.

Таким образом, изготовление заполнителей в виде пирамидальных и тетраэдальных ячеек, имеющих одну общую вершину с каждой из соседней, позволяет обеспечить повышение продольной и поперечной жесткости конструкции при снижении ее массы на единицу длины.

По своим технико-экономическим преимуществам заявляемое техническое решение позволяет получить высокоэффективный способ изготовления многослойной конструкции за счет упрощения изготовления ферменного заполнителя в виде пирамидальных и тетраэдальных структур с повышенными характеристиками качества, с одновременным повышением жесткости.

Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем, заключающийся в получении из разного рода материалов заполнителей в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных ячеек с гранями, выполненными в виде зигзагообразных стержневых элементов с вершинами и впадинами, и соединении их с обшивками, отличающийся тем, что полотно материала нарезают на различные виды повторяющихся зигзагообразных стержневых элементов, в первом случае, полотно нарезают на зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах, или, во втором случае, на зигзагообразные стержневые элементы без шипов, или, в третьем случае, на зигзагообразные стержневые элементы без шипов и с шипами, или, в четвертом случае, на стержни, имеющие две вершины с шипами, при этом во впадинах их оснований вершин трех видов зигзагообразных стержневых элементов выполняют прорези, а на обшивках выполняют отверстия под размеры шипов для точного соединения с ячейками, после этого собирают зигзагообразные стержневые элементы в единую конструкцию заполнителя, так чтобы прорези впадин основания вершин с шипами первого и третьего элементов совпали с прорезями впадин основания вершин второго элемента, после чего получают пирамидальные ячейки, имеющие одну общую вершину с каждой из соседней, причем для получения тетраэдальных ячеек также соединяют прорези впадин основания вершин третьего элемента с прорезями впадин основания четвертого элемента, затем полученные ячейки соединяют обшивками, для этого шипы, находящиеся на вершинах и концах каждого стержневого элемента, вставляют в прорези отверстий в обшивках и места контакта их сваривают или склеивают для прочного соединения заполнителя с обшивками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологическим процессам легкой промышленности и касается способа изготовления формоустойчивых деталей изделий из кожи и/или меха. Деталь изделия располагают на формозадающей поверхности, укладывают на нее, по меньшей мере, один слой средства для придания формоустойчивости, в качестве которого используют ячеистый полимерный материал сетчатой или решетчатой структуры, поверх которого наносят средство для скрепления слоев, в качестве которого используют полимерную пасту, а неразъемное соединение обеспечивают путем последующей сушки.

Изобретение относится к гониолюминесцентному защитному элементу, а также к способу изготовления данного защитного элемента. Защитный элемент содержит первый элемент и по меньшей мере частично перекрывающий первый элемент второй элемент.

Изобретение относится к водоотталкивающим пленкам, устойчивым к истиранию, для использования в транспортных средствах и касается водоотталкивающей пленки и детали для транспортного средства, включающей пленку.

Изобретение относится к способу для изготовления элементов профиля с покрытием, причем пленка отрезается на заданную ширину и оборачивается вокруг элемента профиля для образования шва встык, простирающегося в продольном направлении элемента профиля, а также к устройству для выполнения этого способа.

Изобретение относится к области защитных и не поддающихся несанкционированному вскрытию или с индикацией признаков несанкционированного вскрытия защитных слоистых материалов.

Изобретение относится к оснастке для отверждения композитных деталей. .

Изобретение относится к тонкопленочному материалу с монокристаллическим тонкопленочным слоем и способу его изготовления. .

Изобретение относится к способу изготовления сотового заполнителя из стеклоткани и может быть использовано в ракето-, самолето- и судостроении, строительной, мебельной и упаковочной промышленности при изготовлении трехслойных конструкций сложной кривизны.

Изобретение относится к способам изготовления трехслойных панелей из композиционного материала и может быть использовано для получения панелей авиационной и космической техники, например для изготовления корпусных деталей фюзеляжа самолета.

Изобретение относится к композиционным материалам, используемым в сверхлегких каркасах солнечных батарей и элементов конструкций космических аппаратов, и касается трехслойной панели.

Изобретение относится к способам изготовления трехслойных конструкций из композиционного материала и может быть использовано для получения панелей авиационной и космической техники, например для изготовления корпусных деталей фюзеляжа самолета.

Изобретение относится к области авиации и касается разработки силовых авиационных конструкций крыла и фюзеляжа из полимерных композиционных материалов (КМ) и их защите.

Изобретение относится к конструктивным композитам и касается решетчатой волокнистой композиционной конструкции и способа ее производства. Содержит решетку из многоугольных ячеек-модулей, содержащих, по меньшей мере, три u-образных ребра, изготовленных из волокнистого композиционного слоя, и пенопластовой основы, обеспеченной внутри каждой ячейки-модуля для поддержки u-образных ребер.

Изобретение относится к конструктивным материалам для использования в области остекления малогабаритныъх конструкций и касается листа сотового поликарбоната. Лист имеет частичное утолщение верхней стенки и ребер жесткости.

Изобретение относится к структурным панелям. Структурированная панель, включает в себя внутренний материал основания, имеющего первую и вторую противоположные поверхности, первую и вторую облицовочные пленки, связанные соответственно с первой и второй противоположными поверхностями.
Группа изобретений относится к сотовым конструкциям, которые используются при производстве летательных аппаратов. Сотовая панель содержит средний слой сотового заполнителя и наружные обшивки.

Изобретение относится к авиационной и аэрокосмической технике и касается опорного узла трехслойной панели и способа сборки трехслойной панели с опорными узлами. Опорный узел трехслойной панели включает усиливающий элемент, установленный в отверстие в сотовом заполнителе, расположенном между верхней и нижней обшивками трехслойной панели и соединенном с ними с помощью клеевой композиции.

Изобретение относится к соединению между собой секций акустической сотовой конструкции, с образованием сращенной акустической сотовой конструкции, и может быть применено для сшивания искривленных секций акустической сотовой конструкции с образованием гондол двигателя и других акустических ослабляющих колебания структур. Сращенная сотовая конструкция содержит первую секцию, имеющую первую и вторую кромку, множество стенок, простирающихся между кромками, и образующие множество ячеек, первую сторону, с множеством выступающих стенок, каждая из которых содержит конец стенки, имеющий длину, простирающуюся между первой и второй кромками, и толщину; вторую секцию, содержащую первую и вторую кромку, множество стенок, простирающихся между кромками, и образующие множество ячеек, вторую сторону, с множеством выступающих стенок, каждая из которых содержит конец стенки, имеющий длину, простирающуюся между первой и второй кромками, и толщину; и шов, расположенный между первой и второй секциями, адгезионно связывающий первую и вторую стороны сотовой конструкции, при этом шов содержит адгезив для обеспечения связывания с концами стенок первой и второй сторон сотовой конструкции и опору для адгезива, которая представляет собой опору шва сотовой конструкции и содержит первую кромку, расположенную рядом с первой стороной сотовой конструкции, и вторую кромку, расположенную рядом со второй стороной сотовой конструкции, множество стенок, простирающихся между первой и второй кромками опоры шва, и образующие множество ячеек шва, причем адгезив расположен в ячейках шва. Изобретение обеспечивает прочные и гибкие швы и сохранение акустических свойств конструкции. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил.
Наверх