ГОФРИРОВАННАЯ ОБОЛОЧКА Российский патент 2003 года по МПК E04B7/10 B21D13/00 B21D15/00 F23N5/06 F02K1/48 

Описание патента на изобретение RU2200807C2

Изобретение относится к упругим элементам машин и приборов (мембранам, сильфонам), а также к элементам строительных конструкций (куполам сооружений, плитам перекрытий, цилиндрическим и коническим оболочкам), армирующим оболочкам металлокерамических камер сгорания для двигателей внутреннего сгорания.

Известны ортотропно-сотовые конструкции панелей перекрытия [1], труб [2] , которые выполнены из двух или более гофрированных в одном направлении оболочек с ортогональным направлением гофр в смежных оболочках, соединенных между собой в местах контактирования гофр в смежных оболочках, например, сваркой.

Недостатками таких конструкций являются необходимость применения по крайней мере двух гофрированных оболочек с гофрами в ортогональном направлении, необходимость их соединения и повышенная масса конструкции.

Известны также мембраны с волнами гофр в окружном направлении, жесткость которых на изгиб в окружном направлении определяется главным образом относительной глубиной волн гофр H/h (Н - глубина волн гофр, h - толщина мембраны) может превышать жесткость мембраны в радиальном направлении в десятки и сотни раз ([3], с. 251-263).

Недостатками таких мембран являются также пониженная жесткость мембран на изгиб и повышенная масса, так как с учетом ограничений допустимых значений относительной глубины волн гофр H/h по технологическим свойствам материала (пластичности) увеличение жесткости таких мембран возможно только за счет увеличения толщины мембраны.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, выражается в повышении изгибной жесткости оболочек по двум ортогональным направлениям и снижении их массы.

Это достигается там, что гофрированная оболочка выполнена с волнами гофр по двум ортогональным направлениям - продольному и поперечному, причем отношение глубины волн гофр в поперечном направлении к глубине волн гофр в продольном направлении оболочки выбрано равным 0,3 - 1,0.

На фиг.1 изображен один из вариантов гофрированной оболочки, выполненной в виде мембраны с волнами гофр в продольном (окружном) и поперечном (радиальном) направлениях, в разрезе; на фиг.2 - элемент гофрированной оболочки, соответствующий одной волне lr и lt гофр по двум ортогональным направлениям (осям ОХ и ОУ в одной из вершин элемента оболочки).

Гофрированная оболочка выполнена в виде мембраны с радиусом закрепления по наружному контуру R и толщиной h, предназначена для установки в быстродействующий датчик давления Р, имеет волны гофр синусоидального профиля в продольном (окружном) направлении с глубиной гофр Нr, равной удвоенному значению амплитуды синусоиды по срединной поверхности оболочки и шагом волн гофр lr в радиальном сечении, и волны гофр синусоидального профиля в поперечном (радиальном) направлении с глубиной волн гофр Нt, равной удвоенному значению амплитуды синусоиды по срединной поверхности оболочки в окружном сечении с шагом волн гофр lt, отношением глубины волн гофр Нtr = 0,3 до 1,0.

Мембрана может быть изготовлена штамповкой на полиуретане, например, из ленты из прецизионного немагнитного дисперсионно-твердеющего сплава типа 36ХНЮФ-ВИ с пределом упругости σ0,002 =1200 МПа, добротностью Q=60000... 70000.

В случае использования такой мембраны в качестве фланцев для цилиндрических корпусов, днищ сосудов мембраны могут быть изготовлены из листов из высокопробных коррозионно-стойких сталей типа 08Х15Н5Д2Т, которые после закалки, холодной пластической деформации и старения имеют предел прочности σb =1450 МПа, предел текучести σ0,2 =1350 МПa, относительное удлинение δ =11%[4].

В общем случае поверхность симметрии вершин волн гофр (срединная поверхность) гофрированной по двум ортогональным направлениям оболочек может представлять собой плоскость (плиты перекрытия, настилы, мембраны), цилиндрическую или коническую поверхности, сферическую поверхность (купола сооружений, хлопающие мембраны). Для гофрированной мембраны, представленной на фиг.2, поверхность симметрии волн гофр - плоскость G.

На фиг.2 показаны волны гофр Sr1 и Sr2 в радиальных сечениях мембраны (в продольном направлении) с глубиной Нr, соответствующих угловым координатам y=К•1t/4(К=0, 1, 2...), которые за счет гофрирования мембраны и в поперечных (радиальных) направлениях поднимаются или опускаются на величину ±Ht/2. Волны гофр St1 и St2 в окружных сечениях смежных гофр мембраны с глубиной Нt, соответствующих радиальной координате x=(2K+1)•1r/2, сдвинуты на 1r/2 и находятся в противофазе. Кривые St3 являются линией пересечения гофрированной оболочки с плоскостью симметрии вершин волн гофр G.

При расчете гофрированную оболочку можно рассматривать как конструктивно-ортотропную пластину той же толщины h, упругие коэффициенты анизотропии материала которой на растяжение и изгиб с учетом двойной анизотропии свойств по каждому направлению - продольному (окружному в направлении оси ОУ в одной из вершин элемента) и поперечному (в радиальном направлении по оси ОХ в той же вершине элемента) - определяются главным образом геометрией волн гофр по двум ортогональным направлениям [3].

Для гофрированной оболочки пологого синусоидального профиля волн гофр модули упругости анизотропного материала в поперечном и продольном направлениях на растяжение Erp, Etp и на изгиб Н а, Е по осям ОХ и ОУ соответственно равны [3]:
Erp=E/Krp; Etp=E/Ktp;
E=KtpE; E=KrpE,

Из приведенных соотношений видно, что снижение жесткости на растяжение в одном направлении приводит к такому же увеличению жесткости на изгиб по другому ортогональному направлению. При Ht = 0 получим известные соотношения для гофрированных в окружном направлении мембран Еrntp=Е.

При больших значениях относительной глубины волн гофр H/h модули упругости на изгиб и растяжение анизотропного материала могут отличаться от модуля упругости материала Е в сотни и тысячи раз. Так, например, стальная гофрированная оболочка толщиной h=1 мм, выполненная в виде плиты перекрытия для крыш гаражей с размерами в плане: длиной L=6 м, шириной В=2 м с относительной глубиной гофр в продольном направлении Hпp/h=150, длиной волны гофр lnp=480 мм, относительной глубиной гофр в поперечном направлении Нпоп/h= 60 при действии в центре плиты сосредоточенной нагрузки Q=103 H или распределенной по длине плиты нагрузки q=270 H/м, имеет прогиб центра плиты 3,5 мм.

Эквивалентная по изгибной жесткости плита с теми же размерами в плане, но без волн гофр должна иметь толщину h=32 мм и в 23-26 раз большую массу. При этом коэффициент вытяжки при штамповке гофрированной оболочки К=0,75, что соответствует допустимому коэффициенту вытяжки с утонением стенок при однопереходной штамповке из материалов, предназначенных для изделий, получаемых глубокой вытяжкой (стали типа 08кп, Х18Н10Т). При медленной вытяжке со скоростью опускания пуансона пресса менее 2 мм/с такую оболочку можно изготовить и из высокопрочных сталей с относительным удлинением δ =10...15% [4].

Отношение глубины волн гофр оболочки в поперечном направлении Hпоп к глубине волн гофр оболочки в продольном направлении Hпр зависит от отношения размеров оболочки в плане L и В для плоит, длины L и диаметра D для труб и с увеличением этого отношения отношение глубин волн гофр Нпоп/Hпp должно уменьшаться от 1,0 до 0,3. Для гофрированных оболочек с близкими размерами L, В, D отношение Нпоп/Hпp для многих применений выбирается равным 1,0.

Для гофрированных мембран из условий технологичности ее изготовления, с учетом того, что при изгибе мембраны под действием нагрузки окружные напряжения σt в μ раз (μ-- коэффициент Пуассона для материала мембраны) меньше радиальных напряжений σt ([3], с.240), а также для увеличения диапазона линейности упругой характеристики мембраны отношение глубины волн гофр Ht/Hr целесообразно выбирать от 0,3 до 0,7 в зависимости от величины коэффициента μ, который для различных материалов равен 0,17...0,42.

Мембрана в датчике давления работает следующим образом. Под действием давления Р среды мембрана изгибается, ее центр смещается на W0, перемещение центра мембраны преобразуется каким-либо датчиком перемещений в пропорциональный электрический сигнал.

Повышение изгибной жесткости мембраны за счет выполнения гофр по двум ортогональным направлениям - в окружном и радиальном - при сохранении h, относительной глубины волн гофр в окружном направлении Hr/h и массы мембраны увеличивает жесткость мембраны на изгиб в 2...6 раз, линейный участок упругой характеристики мембраны в 2,5...4,0 раза, расширяет динамический диапазон измеряемых датчиком давлений за счет повышения частоты собственных колебаний мембраны в 1,5... 2,5 раза.

Источники информации
1. Увакин В. Ф., Увакин А В. Многоэтажное сейсмостойкое здание. Патент СССР 1828673. 1989.

2. Увакин В. Ф. , Увакин А.В. Дымовая труба. Патент РФ 2010932. БИ N7, 1994.

3. Пономарев С.Д, Андреева Л.Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. -М.: Машиностроение. 1980. - 326с.

4. Конструкционные материалы. Справочник // под ред. Б.Н. Арзамасова. М. : Машиностроение. 1990. С. 40-41.

Похожие патенты RU2200807C2

название год авторы номер документа
ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ 1989
  • Увакин Валентин Федорович
  • Увакин Алексей Валентинович
SU1702884A3
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 2000
  • Увакин В.Ф.
  • Олькова В.Б.
RU2240521C2
ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКЦИИ УВАКИНЫХ 1990
  • Увакин Валентин Федорович
  • Увакин Алексей Валентинович
RU2036287C1
СЕЙСМОСТОЙКАЯ ОПОРА 1989
  • Увакин Валентин Федорович
  • Увакин Алексей Валентинович
RU2085804C1
ДЫМОВАЯ ТРУБА 1989
  • Увакин Валентин Федорович
  • Увакин Алексей Валентинович
RU2010932C1
ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 1994
  • Увакин В.Ф.
  • Увакин А.В.
RU2131995C1
ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ 1993
  • Увакин Валентин Федорович
  • Увакин Алексей Валентинович
RU2037274C1
Гибкая гофрированная обшивка 2022
  • Потудинский Алексей Владимирович
RU2792371C1
ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ 1991
  • Увакин Валентин Федорович
  • Увакин Алексей Валентинович
RU2030125C1
Датчик магнитного поля 1989
  • Увакин Валентин Федорович
SU1711686A3

Иллюстрации к изобретению RU 2 200 807 C2

Реферат патента 2003 года ГОФРИРОВАННАЯ ОБОЛОЧКА

Гофрированная оболочка предназначена для использования в качестве упругих элементов машин и приборов и в качестве элементов строительных конструкций. Гофрированная оболочка выполнена с волнами гофр по двум ортогональным направлениям - продольному и поперечному, причем отношение глубины волн гофр в поперечном направлении к глубине волн гофр в продольном направлении выбрано 0,3 - 1,0. Технический результат заключается в повышении изгибной жесткости оболочек по двум ортогональным осям и снижении их массы. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 200 807 C2

Гофрированная оболочка, отличающаяся тем, что она выполнена с волнами гофр по двум ортогональным направлениям - продольному и поперечному, причем отношение глубины волн гофр в поперечном направлении к глубине волн гофр в продольном направлении выбрано 0,3-1,0.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2200807C2

Индикаторное устройство 1987
  • Гурин Нектарий Тимофеевич
  • Шабалов Игорь Александрович
SU1559427A1
Контактное устройство 1987
  • Фрайман Даниил Петрович
SU1529330A1
ДВИЖИТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2008
  • Максименко Роман Васильевич
RU2378145C1
Устройство поиска неисправных блоков и элементов 1989
  • Буинов Александр Николаевич
  • Мухопад Юрий Федорович
  • Ламбаева Ирина Александровна
  • Скибинский Владимир Леонтьевич
SU1709351A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ 1991
  • Мещеряков О.Л.
  • Тамазина В.Н.
  • Немокаев В.А.
  • Сахацкий В.С.
  • Бобров А.Р.
  • Корепанов С.А.
  • Сагайдак О.Л.
RU2026905C1
ИГРОВОЙ НАБОР 1995
  • Павлович Зоран
RU2217207C2
Устройство для центрирования и зажима деталей 1980
  • Федотов Николай Семенович
SU908570A1
Горный компас 0
  • Подьяконов С.А.
SU81A1

RU 2 200 807 C2

Авторы

Увакин В.Ф.

Даты

2003-03-20Публикация

2000-07-11Подача