Многослойная несущая изоляционная оболочка двоякой кривизны

 

ОПИСАНИЕ

< 654771

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заивлено. 210277 (21) 2454816/29-33 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

Е 04 В 1/62

Государственный номитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 699.866. (088. 8) Опубликовано 30D379.Áþëëåòåíü ¹12

Дата опубликования описания 300379 (72) Авторы изобретения

В.У.Котельников, B.A.Ìoðoçoâ, A.È.Ãâoçäèêoâ и В.Г.Полтко (54) МНОГОСЛОЙНАЯ НЕСУЩАЯ ИЗОЛЯЦИОННАЯ ОБОЛОЧКА

ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ

Изобретение относится к области слоистых конструкций, отличающихся структурой комбинированного заполнителя, один слой которого имеет пенистую структуру, и может найти примене- 5 ние при создании летательных аппаратов, .в судостроении и в строительстве.

Оболочка предназначена для изготовления влагогазонепроницаемых несу- ® щих конструкций составных частей машин и сооружений, которые должны обладать высокими теплозащитными свойствами и иметь минимальный вес.

Известна многослойная конструкция,15 включающая обшивку и скрепленный с ней сотовый заполнитель (1).

Однако изготовленные таким образом крупногабаритные конструкции, изогнутые в двух направлениях, будут иметь ЯО недостаточную несущую способность вследствие непроклея слоев, вызванного отсутствием эквидистантности обшивок ..

Наиболее близким техническим решением является многослойная несущая изоляционная оболочка двоякой кривизны, включающая обшивки и скрепленный с ними заполнитель, сос-оящий из мно-30 жества специальным образом изогнутых лент.

Эти панели могут быть изготовлены из металла, неметалла или их комбинаций, (2) .

Однако такие конструкции обладают небольшой несущей способностью, которая является следствием невозможности сохранения эквидистантности двух поверхностей обшивок из-за наличия допуска изготовления. При сборке оболочки обязательно возникнут полости между листами обшивки и ленточным заполнителем, уже наклеенным на одну из обшивок. Естественно, эти полости можно выбрать за счет воздействия нагрузки на приклеиваемую обшивку, созданную, например, посредством откачивания воздуха из эластичного газонепроницаемого мешка, в который заключена конструкция. Однако использование такой нагрузки сделает очень вероятным смятие лент заполнителя на тех участках, где обшивки подходят друг к другу наиболее близко. Кроме того, при достаточно тонких обшивках жесткость оболочки вдоль полос заполнителя более чем в два раза превышает жесткость в направлении, перпендикулярном полосам заполнителя, что

654771

3 в конечном счете приведет к неоправданному увеличению толщины несущих слоев и соответственно массы конструкции.

Сложность технологии изготовления заключается в необходимости создания .двух штампов или форм изготовления

báøèâîê многослойной конструкции двойной кривизны, так как эквидистантные друг другу поверхности имеют отличную друг от друга форму, например обшивки сферической оболочки име- )0 ют радиусы, отличающиеся на толщину . заполнителя.

Целью изобретения является повыше-. ние несущей способности многослойной конструкции. 15

Эта цель достигается тем, что в многослойной несущей изоляционной оболочке двоякой кривизны, включающей обШивки и скрепленный с ними заполнитель, заполнитель выполнен с дополнительным зигзагообразным слоем из пористого материала, размещенным симметрично относительно обшивок и помещенным в защитную оболочку. Кроме того в многослойной несущей изоляци-, 1 .25 онной ободочке двоякой кривизны допол нительный слой выполнен из ячеистого бетона, а защитная оболочка — иэ стеклоткани.

На фиг. 1 изображены две модификации оболочки, поперечный разрез; на 30 фиг ° 2 — схема .распределения усилий при воздействии сдвиговой нагрузки; на фиг. 3 — схема распределения усилий при воздействии сжимающей нагрузки. 35

Оболочка включает относительно тонкие обшивки 1 и 2, изготовленные, например, из металла, с приклеенными к ним слоями сот или лент 3. Ячейки сот или полости ленточного заполните- 40 ля герметизированы посредством прослойки 4, например, из стеклоткани.

Волнистую или зигзагообразную в сечении поверхность контакта слоев 3 и 5 можно получить как механической обработкой обычных сот или лент после приклеивания их к несущим слоям 1 и 2, так и путем приклеивания предварительно обработанных с целью получения требуемой поверхности скрепления сот

50 или лент.

В предварительно оставленный зазор между прослойками 4 производится заливка самотвердеющей пены, например пеноэпоксида. Пена после полимеризации образует слой 5, скрепляя за 5

5 счет высоких адгезионных свойств оболочку в единое целое..

Кроме вышеизложенного, для образования слоя 5 можно использовать метод горячего формования. 60

Для оценки влияния зубчатости формы дополнительного слоя на напряженное состояние используют две модели конструкции в виде прямолинейных поос единичной ширины с одинаковыми сущими слоями. Причем заполнитель одной модели имеет дополнительный слой зубчатой формы, а другой прямолинейный.

C.

Расчет напряжений дополнительного слоя будет производиться в предположении, что в конструкции имеют место только упругие деформации. Кроме того предполагается отсутствие изгиба материала зуба как консольной балки.

Ясно, что сдвигающие напряжения

Для прямолинейного дополнительного слоя определятся: с, cga где Т вЂ” сдвигающая нагрузка на единин цу площади модели.

Для анализа напряженного состояния конструкции выделим характерный участок дополнительного слоя, который достаточно рассчитать, чтобы знать напряжения во всем слое. Таким участком является участок АВС. Рассмотрим прилегающую часть дополнительного слоя CDE с целью сравнения напряжений.

На AB u CD они равны. Напряжения на СВ и DE равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, так как на СВ действуют сжимающие напряжения, на DE — растягивающие.

Напряжения íà AB определятся:

Тн еда

1+

Ер где v — шири на э уба, 5 — высота зуба, Е; G — модули Юнга и сдвига соответственно для материала дополнительного слоя.

В дополнительном слое заполнителя при следующих исходных величинах:

kI кГ

Осм G 400

Е = 1650. .; Р„=1О "

CM2. Н смй

Результат вычислений: L; =5 Г = 2,24 кГ c e cM Сда CM>

6 = 7 кГ

К = 2,24, сж CMZ 1

=10 ; 6 = 9,35 см 2r см2 Г = 2 2 8-; К = 1,07. кГ см2 2

Здесь обозначения даны в полном соответствии с вышеприведенными формулами. В качестве материала дополнительного слоя выбран эпоксидный пенопласт. В соответствии с известными данными возьмем за исходные следующие величины, определяющие прочность пеноэпоксида:

ЬР. CM2 кГ кГ

25; Слу = 31 овя. см2 с см à — величин а временного сопВр ротивления при сдвиге, 6;б — величина временного сопeP. i ar. ролл енй я при раст яжении и сж атии соот вет ст в евно .

654771

Тн

I5 4 G

Для определения снижения сдвигающих напряжений отнесем < к с 25

cue ., сйь

К = 1 +

ЕВ

1 G, Аналогичным образом анализируем напряженное состояние конструкции при воздействии сжимающей нагрузки(фиг.3).

Напряжения в прямолинейном (Ь=О) дополнительном слое:

35 ж — РН где Р„- сжимающая нагрузка на единицу площади. В дополнительном слое зубчатой формы на участке AB:

Р гСж Св

1+—

Ес, 40 на участке ВС:

Рн сне а G

При рассмотрении результатов расчета конструкции при действии сдвигающей нагрузки ясно видно, чтб конструкция с прямым дополнительным слоем дсчерпала свою несущую способность и

Ъудет разрушена, в то время как конструкция с зубчатым дополнительным 5 слоем может выдержать гораздо большую нагрузку, так как напряжения сдвига в ней в 2,24 раза меньше.

Появление в знаменателе дополниЕв тельного члена физически объяс

Gä няется появлением дополнительного сопротивления нагрузки на вертикальных частях зубчатой формы дополнительного слоя, таких как СВ и DE, которое отсутствует у модели с прямолинейным дополнительным слоем. Это дополнительное сопротивление приводит к появлению на СВ сжимающих напряжений:

Сравнивая напряжения, действующие в дополнительных слоях различной, фор" мы, определим:

1 с)к Ga

6 Е гсж а

Поведение конструкции при действии на несущие слои растягивающей нагрузки аналогично уже рассмотренному случаю воздействия сжимающей и подробно не рассматривается.

При рассмотрении результатов расчета конструкции под воздействием сжимающей нагрузки можно сделать вывод, что эффект снижения напряжений в зубчатой конструкции по сравнению с прямолинейной ниже, хотя и имеет место. Здесь сжимающие напряжения в 1,07 раза ниже по сравнению с напряжениями в конструкции, имеющей прямолинейный слой.

Таким образом, посредством введения в заполнитель многослойной оболочки дополнительного слоя вышеописанной формы удается получить высокую несущую способность конструкции.

Формула изобретения

1. Многослойная несущая изоляционная оболочка двоякой кривизны, включающая обшивки и скрепленный с ними заполнитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности, заполнитель выполнен с дополнительным зигзагообразным слоем из пористого материала, размещенным симметрично относительно обшивок и помещенным в защитную оболочку.

2. Оболочка по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что дополнительный слой выполнен иэ ячеистого бетона, а защитная оболочка — из стеклоткани.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СИА Р 3533894, кл. 161-68; 1970.

2. Патент СшА Р 2644777, кл. 29-191, 1963. б54771

<и

Id . 2

Щг.3

Составитель О. Гончарова

Техред Э.Чужик Корректор О Билак

Редактор E.Äàé÷

Эаказ 2150/11 Тираж 810 Подписное

UHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4