РЕШЕТЧАТАЯ ВОЛОКНИСТАЯ КОМПОЗИЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТАКОЙ РЕШЕТЧАТОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2015 года по МПК B29C70/68 B29D24/00 B32B3/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к решетчатой волокнистой композиционной конструкции, в частности к устойчивой к поперечной силе волокнистой композиционной конструкции для местного приложения нагрузки с признаками пункта 1 формулы изобретения, и к способу производства таких решетчатых конструкций с признаками пункта 13 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Документ US 3,391,511 описывает легковесную конструкцию, имеющую внутреннюю часть в форме сот. Конструкция включает в себя ячейки-модули, имеющие внешние и внутренние компоненты, при этом внутренние части ячеек-модулей могут содержать воздух, или другой газ, или могут заполняться легковесным материалом, например, пеной на основе поливинилхлорида. Периметр каждого внешнего компонента формируется стенкой, имеющей поверхности, которые содержат ребра с плоскими гребнями, тянущимися из конца в конец соответствующей ячейки-модуля. Один конец каждого внешнего компонента открыт и окружен прерывистым фланцем, а другой конец закрыт торцевой стенкой, которая составляет единое целое со стенкой. В открытый конец каждого внешнего компонента вставляется обратный внутренний компонент, который в целом похож на соответствующий внешний компонент, но с граничной стенкой, которая является плоской и значительно меньшей, чтобы поместиться внутри внешнего компонента. Граничная стенка соединяется со стенкой внешнего компонента посредством эпоксидной смолы. Ячейки-модули покрываются эпоксидной смолой и собираются в тесной взаимосвязи, то есть с гребнями ребер, примыкающими к соответствующим гребням ребер соседних ячеек-модулей, на первом листе из спутанных стекловолокон, который также вымочен в эпоксидной смоле, и расположен на верхней поверхности опоры. Второй лист из спутанных стекловолокон, вымоченный в эпоксидной смоле, располагается над сборкой. Эпоксидная смола формирует связи между различными компонентами легковесной конструкции.

Документ US2004140049 A1 раскрывает способ производства усиленной решеткой панели с полой секцией, содержащей инструмент, имеющий поверхность. Композиционная панель с усиленной оболочкой предварительно собирается, что включает в себя нанесение композиционной внешней оболочки на поверхность, размещение разделительного внешнего слоя на композиционную внешнюю оболочку, и нанесение композиционного усилителя на оправку, оправка, расположенная на разделительном слое, при этом разделительный слой отделяет усилитель и оправку от внешней композиционной оболочки. Предварительно собранная композиционная панель с внешней оболочкой отверждается на инструменте. Разделяющий слой и оправка удаляются из предварительно собранной композиционной панели с усиленной оболочкой. Композиционная панель с усиленной оболочкой повторно собирается, что включает в себя нанесение клейкого вещества между композиционной внешней оболочкой и композиционным усилителем. Повторно собранная композиционная панель с усиленной оболочкой отверждается на инструменте, чтобы связать усиливающую оболочку с внешней оболочкой.

Документ US2009038744 A1 раскрывает ячеистую композиционную конструкцию с решеткой, содержащей группы пересекающихся под углом ребер. Ребра каждой группы ориентированы по существу в одинаковом направлении друг с другом, и ориентированы под углом относительно других групп ребер. Дополнительное ребро определяет внешнюю граничную стенку композиционной конструкции, и может быть ориентировано под другим углом относительно других ребер. Сплошная стенка из ребер создается сегментами ребер, определенными пересечениями ребер. Сплошная стенка из ребер ограничивает полость. Многослойный листовой покрывающий элемент с выступающими стенками для контакта со сплошной стенкой из ребер располагается внутри полости. Контактирующие стенки тянутся от отдельных листовых граничных частей под углом к листу. Ребра и покрывающий элемент предварительно пропитаны смолой. Нагревание покрывающего элемента и ребер активирует смолу и соотверждает композиционную конструкцию.

Документ EP 0 948 085 A2 относится к параболическим конструкциям высокой жесткости, использующим интегральные усиленные решетки, и более конкретно, к параболическим конструкциям высокой жесткости, использующим интегральную усиливающую решетку, которая включает в себя наружный лист, имеющий главным образом параболическую форму; и решетку, прикрепленную к наружному листу и имеющую треугольную равномерную решетчатую конфигурацию.

Документ DE 10 2009 053 053 A1 раскрывает компонент с конструкцией из ребер, обеспеченной ребрами, которые идут вдоль граней многоугольника, и включающий в себя слоистые решетчатые многоугольники, которые расположены рядом друг с другом. Две плитообразные волокнистые композиционные конструкции, содержащие углеродные волокна, представляют конструкцию из ребер, где одна из волокнистых композиционных конструкций прикрепляется к плоской стороне другой волокнистой композиционной конструкции, и сформирована на основании плоской волокнистой композиционной конструкции посредством введения секций во внутреннюю часть многоугольника и преобразования выступов произведенной конструкции, чтобы сформировать конструкцию из ребер.

Документ US 4 052 523 A раскрывает решетчатую строительную панель, использующую однонаправленный характер волокнистых пропитанных смолой композитов, чтобы произвести жесткие легковесные строительные панели для использования при конструировании панелей большой площади для космических спутников и подобного.

Документ US 4,012,549 A раскрывает решетчатую конструкцию из двутавровых балок, расположенных в интегральной повторяющейся конфигурации из по существу равносторонних треугольников, объединенных с наружным листом, покрывающим конструкцию. Перегородки балок заполняются улучшенными композиционными материалами, содержащими высокопрочные волокна в опорной матрице. Предпочтительно, волокна идут параллельно перегородкам балок для конструкции улучшенной жесткости с высоким отношением прочности к весу.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является предоставление решетчатой волокнистой композиционной конструкции, в частности, устойчивой к поперечной силе волокнистой композиционной конструкции для местного приложения нагрузки с дополнительно улучшенной жесткостью с высоким отношением прочности к весу. Дополнительной целью изобретения является предоставление способа для автоматизированного производства таких решетчатых волокнистых композиционных конструкций.

Решение предоставляется с помощью решетчатой волокнистой композиционной конструкции, в частности, с помощью устойчивой к поперечной силе волокнистой композиционной конструкции для местного приложения нагрузки с признаками пункта 1 формулы изобретения, и с помощью способа производства таких решетчатых конструкций с признаками пункта 13 формулы изобретения.

Согласно изобретению, решетчатая волокнистая композиционная конструкция, в частности, прямоугольная решетчатая волокнистая композиционная конструкция, является устойчивой к давлению, сдвигающей и/или поперечной силе. Решетчатая волокнистая композиционная конструкция согласно изобретению содержит продольные усиливающие элементы, ориентированные по меньшей мере в двух направлениях с решеткой из многоугольных ячеек-модулей. Каждая ячейка-модуль содержит две параллельные многоугольные поверхности, соединенные периферическими поверхностями, перпендикулярными упомянутым двум многоугольным поверхностям, по меньшей мере одна из упомянутых двух параллельных многоугольных поверхностей, являющаяся существенно плоской или криволинейной, чтобы также сделать возможной сферическую решетку. Три или четыре по существу u-образных ребра каждой ячейки-модуля каждое имеет поперечную полосообразную секцию, соответствующую одной из упомянутых периферических поверхностей, и две плоские покрывающие секции, соединенные с упомянутой поперечной полосообразной секцией, и каждая из упомянутых двух плоских покрывающих секций, тянущаяся по меньшей мере частично вдоль одной из упомянутых многоугольных поверхностей. Для каждой ячейки-модуля одна пенопластовая основа обеспечивается внутри упомянутых по меньшей мере трех по существу u-образных ребер для поддержки упомянутых поперечных полосообразных секций и упомянутых плоских покрывающих секций. Упомянутая пенопластовая основа разграничивается упомянутыми двумя параллельными многоугольными поверхностями и упомянутыми периферическими поверхностями, и упомянутая пенопластовая основа находится в поддерживающем контакте с упомянутыми поперечными полосообразными секциями и упомянутыми плоскими покрывающими секциями каждого ребра. Упомянутые ячейки-модули связаны вместе вдоль всех поперечных полосообразных секций равной длины, то есть, смежные поперечные полосообразные секции покрывают друг друга полностью в продольном и поперечном направлении, не допуская никакого смещения вдоль всех поперечных полосообразных секций. Слои полос обеспечены снаружи упомянутых плоских покрывающих секций по меньшей мере в одной из упомянутых многоугольных поверхностей, упомянутые слои полос, выровненные с ребрами в одном направлении упомянутых продольных усиливающих элементов, по меньшей мере одна из упомянутых плоских покрывающих секций, расположенная между упомянутым по меньшей мере одним слоем полос и упомянутой пенопластовой основой. Упомянутые продольные усиливающие элементы определяются установленными в виде решетки ячейками-модулями со слоями полос вдоль ребер. Наружный лист односторонне прикрепляется к упомянутым слоям полос и/или к упомянутым плоским покрывающим секциям и/или к упомянутому основанию упомянутой пенопластовой основы упомянутых продольных усиливающих элементов, чтобы завершить решетчатую волокнистую композиционную конструкцию согласно изобретению. Существенно плоская или сферическая решетчатая конструкция согласно изобретению ослабляет некоторые недостатки традиционных решетчатых конструкций. Решетчатая конструкция согласно изобретению особенно подходит либо для плоских, либо для сферических оболочек, нагружаемых через конкретные точки поперечными силами, такие оболочки, особенно подходящие для панелей перекрытия самолетов. Решетчатая конструкция согласно изобретению допускает модульную сборку из треугольных или прямоугольных ячеек-модулей в виде отдельных ячеек-модулей решетки. Многоугольные пенопластовые основы предпочтительно треугольных ячеек-модулей производятся посредством автоматизированных операций. Пенопластовая основа усиливает упомянутые поперечные полосообразные секции и упомянутые плоские покрывающие секции упомянутых u-образных ребер. Упомянутые предпочтительно треугольные ячейки-модули связаны вместе вдоль стенок друг с другом, чтобы получить конструкцию из ребер с жесткими на сдвиг и устойчивыми к сдвигу поперечными полосообразными секциями из волокнистых композиционных материалов, дополнительно стабилизированную соответствующими внутренними пенопластовыми основами, чтобы избежать изгибания поперечных полосообразных секций ребер. Упомянутые жесткие на сдвиг и устойчивые к сдвигу секции перегородки соответствуют соответствующим боковым поверхностям предпочтительно треугольных пенопластовых основ, обеспечивая оптимизированное приложение поперечных сил в конкретных точках и устойчивость к давлению. Соответствующие внутренние пенопластовые основы предпочтительно треугольных ячеек-модулей также стабилизируют упомянутый слой оболочки существенно плоской или сферической решетчатой конструкции согласно изобретению. Согласно изобретению упомянутые плоские покрывающие секции упомянутых ребер покрываются, соответственно, верхним слоем полос и/или слоем согласующихся нижних полос, расположенных напротив верхнего слоя. Полосы являются однонаправленными вдоль каждого из упомянутых усиливающих элементов для улучшенного жесткого на сдвиг соединения упомянутых ребер.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, элементы приложения нагрузки с радиальными выступами обеспечиваются на пересечениях, установленных в виде решетки ячеек-модулей. Упомянутые элементы приложения нагрузки обеспечивают высокую устойчивость при низком износе решетчатой конструкции согласно изобретению. Любые нагрузки на элементы приложения нагрузки распределяются равномерно по радиальным выступам и по жесткому на сдвиг соединению с поперечными полосообразными секциями благодаря методике соединения с отличной устойчивостью, в частности, в случаях, когда нагрузки воздействуют перпендикулярно оболочке существенно плоской решетчатой конструкции согласно изобретению.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, сниженная толщина основы, перпендикулярной упомянутым поперечным полосообразным секциям упомянутых ребер, на пересечениях компенсирует соответствующую толщину материала упомянутых элементов приложения нагрузки и/или полос, предпочтительно для ровной поверхности на нижней стороне решетчатой конструкции согласно изобретению.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, наружный лист объединяется, или механически с возможностью отсоединения прикрепляется к продольным усиливающим элементам на пересечениях.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, каждая из упомянутых предпочтительно треугольных ячеек-модулей предварительно собирается из пенопластовой основы и волокнистого композиционного слоя.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, упомянутый волокнистый композиционный слой складывается в соответствующие состоящие из трех частей или состоящие из четырех частей структуры для улучшенного приспособления к треугольной пенопластовой основе.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, упомянутый волокнистый композиционный слой является сухой полуобработанной деталью или полуобработанной деталью, предварительно пропитанной смолой.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, пенопластовая основа имеет форму поддона на одной из многоугольных сторон, и является плоской или сферической на противоположной поверхности упомянутой поверхности.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, состоящий из трех частей волокнистый композиционный слой содержит три взаимосвязанные секции, с двумя из упомянутых взаимосвязанных секций, поворачиваемыми относительно центральной секции упомянутых трех взаимосвязанных секций, обеспечивая одинаковую ориентацию волокон волокнистого композиционного слоя, покрывающего пенопластовую основу упомянутой треугольной ячейки-модуля. Дополнительное преимущество этой альтернативы решетчатого элемента согласно изобретению состоит в непрерывности волокнистого композиционного в двух из трех углов треугольных ячеек-модулей, обеспечивая непрерывное соединение поперечного сдвига силы между смежными треугольными модулями.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, упомянутые три ребра изготавливаются из одного состоящего из четырех частей волокнистого композиционного слоя, содержащего три поперечные секции, соединенные с треугольной центральной секцией, упомянутые три поперечные секции, поворачиваемые относительно упомянутой треугольной центральной секции, обеспечивая одинаковую ориентацию волокон волокнистого композиционного слоя, покрывающего пенопластовую основу упомянутой треугольной ячейки-модуля, обеспечивая непрерывность волокнистого композиционного слоя в двух из трех углов треугольных ячеек-модулей, и обеспечивая непрерывное покрытие вдоль плоской или сферической поверхности пенопластовой основы внутри треугольных ячеек-модулей.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, упомянутые элементы приложения нагрузки изготавливаются из металла или из волокнистого композита.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, способ производства решетчатой волокнистой композиционной конструкции с продольными усиливающими элементами, ориентированными по меньшей мере в двух направлениях, содержит этапы предоставления периферических ребер из сложенных волокнистых композиционных слоев и многоугольных, предпочтительно треугольных, пенопластовых основ с периферическими опорами, упомянутые многоугольные пенопластовые основы, разграничиваемые двумя параллельными многоугольными поверхностями, соединенными периферическими поверхностями, перпендикулярными, упомянутым двум многоугольным поверхностям. Каждая из упомянутых периферических опор упомянутых многоугольных пенопластовых поверхностей покрывается по меньшей мере тремя по существу u-образными ребрами, изготовленными из упомянутых сложенных волокнистых композиционных слоев, чтобы предоставить многоугольные ячейки-модули, каждое из упомянутых ребер, имеющее поперечную полосообразную секцию, соответствующую одной из упомянутых периферических поверхностей, и две плоские покрывающие секции, соединенные с упомянутой поперечной полосообразной секцией, каждая из упомянутых двух плоских покрывающих секций, тянущаяся по меньшей мере частично вдоль одной из упомянутых соответствующих многоугольных поверхностей. Многоугольные ячейки-модули связаны друг с другом вдоль всех поперечных полосообразных секций равной длины, чтобы сформировать решетку. Элементы приложения нагрузки вставляются в решетку на пересечениях между по меньшей мере четырьмя ячейками-модулями. Затем предоставляются слои полос. Упомянутые слои полос прикреплены снаружи упомянутых плоских покрывающих секций по меньшей мере в одной из упомянутых многоугольных поверхностей, каждый из упомянутых слоев полос, выровненный с ребрами в одном направлении упомянутых продольных усиливающих элементов, с по меньшей мере одной из упомянутых плоских покрывающих секций, расположенной между упомянутым по меньшей мере одним слоем полос и упомянутой пенопластовой основой. Упомянутые продольные усиливающие элементы обеспечиваются посредством установки в виде решетки ячеек-модулей на слоях полос вдоль однонаправленных ребер. Наконец, наружный лист предоставляется и устанавливается на упомянутые продольные усиливающие элементы. Легковесная пенопластовая основа решетчатой конструкции согласно изобретению служит своей треугольной формой в качестве средства производства для одной отдельной треугольной ячейки-модуля. Простая форма упомянутых базовых треугольных ячеек-модулей облегчает автоматическое производство на высоких производственных скоростях.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, покрывание пенопластовой основы выполняется посредством горизонтального расположения упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя на пружинистом центральном штампе и на отдельных периферических штампах, расположенных вдоль сторон упомянутого пружинистого центрального штампа. После этого пенопластовая основа располагается на упомянутом сложенном волокнистом композиционном слое на пружинистом центральном штампе посредством прикрепления упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя к пенопластовой основе, чтобы быть зафиксированным в предварительных положениях для решетчатой конструкции. Пружинистый центральный штамп толкается вдоль периферических штампов с тем, чтобы поперечные полосообразные секции и плоские покрывающие секции упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя поворачивались отдельными периферическими частями штампа в направлении передних сторон упомянутой пенопластовой основы. Поперечные полосообразные секции и плоские покрывающие секции упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя прижимаются посредством отдельных периферических штампов к боковым поверхностям для сжатия упомянутой пенопластовой основы, и на следующих этапах плоские покрывающие секции упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя поворачиваются и прижимаются посредством верхних периферических штампов к верхним поверхностям упомянутой пенопластовой основы. Плоские покрывающие секции упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя нагреваются посредством периферических частей штампа для адгезивного соединения поперечных полосообразных секций и плоских покрывающих секций с треугольной ячейкой-модулем, и треугольная ячейка-модуль освобождается. Способ согласно изобретению обеспечивает сборные компактные базовые треугольные ячейки-модули, допускающие модульную сборку посредством связывания их вместе вдоль периферических ребер упомянутых отдельных треугольных ячеек-модулей, чтобы сформировать готовую решетчатую конструкцию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны посредством примера с помощью нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи.

- Фиг.1 показывает общий вид сверху решетчатой конструкции согласно изобретению;

- Фиг.2 показывает покомпонентное изображение решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.3 показывает общий вид треугольной ячейки-модуля решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.4 показывает общий вид альтернативной треугольной ячейки-модуля решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.5 показывает общий вид сборки из треугольных ячеек-модулей решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.6 показывает вид в поперечном сечении решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.7 показывает вид в поперечном сечении через секцию решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.8 показывает вид в поперечном сечении через секцию дополнительной решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.9 показывает вид в поперечном сечении через секцию еще одной решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.10 показывает вид в поперечном сечении через секцию с элементом приложения нагрузки решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.11, 12 показывает общий вид альтернативных элементов приложения нагрузки решетчатой конструкции согласно изобретению,

- Фиг.13 показывает покомпонентное изображение элемента приложения нагрузки для решетчатой конструкции согласно изобретению, и

- Фиг.14-17 показывают, соответственно, вид в поперечном сечении способа производства треугольных ячеек-модулей для решетчатой конструкции согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Согласно фиг.1, 2, существенно плоская решетчатая волокнистая композиционная конструкция 1 содержит верхний слой 2 из пересекающихся полос 2a, 2b, 2c, множество треугольных ячеек-модулей 5, каждая с тремя ребрами, нижний слой 3 из согласующихся пересекающихся полос 3a, 3b, 3c, расположенных напротив упомянутого верхнего слоя 2 относительно упомянутых треугольных ячеек-модулей 5, и нижний плоский наружный лист 4. Ребра, выровненные однонаправлено с ячейками-модулями 5, приводят к продольным усиливающим элементам, ориентированным в трех направлениях решетчатой волокнистой композиционной конструкции 1.

Каждая ячейка-модуль 5 содержит две параллельные треугольные поверхности, соединенные и разграниченные периферическими поверхностями, перпендикулярными упомянутым двум треугольным поверхностям.

Множество треугольных ячеек-модулей 5 связаны вместе вдоль полосообразных секций 10, поперечных относительно упомянутых двух многоугольных поверхностей ребер квадратичной решетчатой конструкции 1. Размеры верхнего слоя 2 множества собранных открытых треугольных ячеек-модулей 5, нижнего слоя 3 и плоского наружного листа 4 соответствуют друг другу, приводя к решетчатой конструкции 1.

Элемент 6 приложения нагрузки обеспечен на пересечении шести треугольных ячеек-модулей 5 под точкой 7 приложения нагрузки в верхнем слое 2. Механически установленный плоский наружный лист 4 с возможностью отсоединения прикрепляется к решетчатой конструкции 1. Упомянутый механически установленный плоский наружный лист 4 не является полностью поддерживающим. Плоский наружный лист 4 изготовлен из волокнистого композиционного материала или из металла.

Относительные ориентации и расположения полос 2a, 2b, 2c верхнего слоя 2 и согласующихся полос 3a, 3b, 3c нижнего слоя 3 соответствуют относительным ориентациям и расположениям ребер треугольных ячеек-модулей 5, упомянутые ребра, предпочтительно уменьшенные по высоте во всех пересечениях треугольных ячеек-модулей 5 для компенсации толщины материала полос 2a, 2b, 2c, пересекающих друг друга, и, соответственно, согласующихся полос 3a, 3b, 3c для плоских верхних и нижних поверхностей решетчатой конструкции 1. По меньшей мере соответствующие ребра на пересечении шести треугольных ячеек-модулей 5 под точкой 7 приложения нагрузки приспособлены своей высотой соответствующих поперечных полосообразных секций 10 для компенсации толщины материала элемента 6 приложения нагрузки.

Согласно фиг.3, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1, 2. Каждая треугольная ячейка-модуль 5 содержит одну имеющую форму поддона пенопластовую основу 9, разграниченную двумя упомянутыми треугольными поверхностями, упомянутая имеющая форму поддона пенопластовая основа 9, являющаяся вогнутой в верхней стороне треугольной ячейки-модуля 5, в то же время односторонне обеспеченная существенно плоской нижней частью 29 и тремя боковыми поверхностями 28 вдоль трех верхних поверхностей 27 в качестве соответствующих опор.

Каждая ячейка-модуль 5 содержит по меньшей мере три по существу u-образных ребра, каждое ребро, имеющее поперечную полосообразную секцию 10, соответствующую одной из упомянутых периферических поверхностей, и две плоские покрывающие секции 11, 12, соединенные с упомянутыми поперечными полосообразными секциями 10, каждая из упомянутых двух плоских покрывающих секций 11, 12, тянущаяся по меньшей мере частично вдоль одной из упомянутых соответствующих треугольных поверхностей.

Состоящий из четырех частей волокнистый композиционный слой 8 разрезается и складывается, чтобы соответствовать существенно треугольному расположению пенопластовой основы 9 с треугольным основанием 12, одной поперечной полосообразной секцией 10 вдоль каждого из трех нижних шарниров 32 в каждой из трех сторон треугольного основания 12, и одной верхней плоской покрывающей секции 11 вдоль верхних шарниров 33 в каждой из трех верхних сторон каждой из трех поперечных полосообразных секций 10 для предоставления трех по существу u-образных ребер, каждое из которых тянется главным образом вдоль собственной продольной оси упомянутого ребра. Поперечная полосообразная секция 10 каждого ребра соответствует одной из упомянутых периферических поверхностей, в то время как каждая из упомянутых двух плоских покрывающих секций 11, 12 тянется по меньшей мере частично вдоль одной из упомянутых соответствующих многоугольных поверхностей. Нижняя плоская покрывающая секция 12 каждого по существу u-образного ребра составляет одно целое с треугольным основанием 12 упомянутого волокнистого композиционного слоя 8, существенно перпендикулярного упомянутой продольной оси и упомянутой поперечной полосообразной секции 10. Упомянутые две плоские покрывающие поверхности 11, 12 составляют одно целое с противоположными концами упомянутой поперечной полосообразной секции 10.

Соответствующие ширины плоских покрывающих секций 11, 12 треугольной ячейки-модуля 5 составляют половину ширин полос 2a, 2b, 2c верхнего слоя 2 с уменьшением их ширин на пересечениях для размещения соответствующих элементов 6 приложения нагрузки. Пенопластовая основа 9 изготавливается из полистирола (PS), полиметакрилимида (PMI), поливинилхлорида (PVC), полиуретана (PU), полипропилена (PP), полиэтилена (PE), углерода.

Волокнистый композиционный слой 8 является предварительно пропитанным полуобработанным волокнистым композитом, таким как ткань, или сухим полуобработанным волокнистым композитом, таким как многоосный неизвитый материал или ткань. Волокна изготавливаются из арамида, углерода и/или стекла.

Односторонняя имеющая форму поддона пенопластовая основа 9 покрывается тремя по существу u-образными ребрами и треугольным основанием 12 из разрезанного и сложенного волокнистого композиционного слоя 8, чтобы стать ячейкой-модулем 5. Следовательно, волокнистый композиционный слой 8 прикрепляется к пенопластовой основе 9 так, что поперечные полосообразные секции 10 ребер покрывают соответствующие боковые поверхности 28 пенопластовой основы 9, закрытая нижняя сторона 29 пенопластовой основы 9 покрывается треугольным основанием 12 волокнистого композиционного слоя 8, а три верхние плоские покрывающие секции 11 волокнистого композиционного слоя 8 прикрепляются вокруг соответствующих верхних сторон 27 ребер пенопластовой основы 9.

Согласно фиг.4, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-3. Для трех альтернативных ребер состоящий из трех частей волокнистый композиционный слой 13 разрезается и складывается в треугольное расположение пенопластовой основы 9 с тремя взаимосвязанными секциями 34-36. Две внешние секции 34, 36 из упомянутых взаимосвязанных секций 34-36 могут сгибаться вокруг угловых шарниров 37, чтобы соответствовать углам 30 ячейки-модуля треугольной пенопластовой основы 9, относительно центральной секции 35 из упомянутых трех взаимосвязанных секций 34-36 так, чтобы три боковые поверхности 28 пенопластовой основы 9 покрывались соответствующими поперечными полосообразными секциями 10 состоящего из трех частей волокнистого композиционного слоя 13. Соответствующие верхние плоские покрывающие секции 11 состоящего из трех частей волокнистого композиционного слоя 13 шарнирно соединяются вдоль одной стороны соответствующих поперечных полосообразных секций 10 каждой из упомянутых трех взаимосвязанных секций 34-36. Упомянутые верхние плоские покрывающие секции 11 прикрепляются вокруг связанных верхних сторон 27 ребер пенопластовой основы 9, в то время как три нижние секции 11, шарнирно соединенные вдоль противоположной стороны соответствующих поперечных полосообразных секций 10 каждой из упомянутых трех взаимосвязанных секций 34-36 состоящего из трех частей волокнистого композиционного слоя 13, прикрепляются к плоской нижней стороне 29 пенопластовой основы 9, чтобы стать ячейкой-модулем 5.

Согласно фиг.5, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-4. Шесть треугольных ячеек-модулей 5 собираются в существенно плоскую решетку с элементом 6 приложения нагрузки на пересечении упомянутых ребер под точкой 7 приложения нагрузки.

Согласно фиг.6, 7, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-5. Пересекающиеся полосы 2a, 2b, 2c верхнего слоя 2 прикрепляются к соответствующим верхним плоским покрывающим секциям 11 волокнистых композиционных слоев 8 сверху двух смежных периферических ребер треугольных ячеек-модулей 5, а согласующиеся пересекающиеся полосы 3a, 3b, 3c нижнего слоя 3 прикрепляются к соответствующим основаниям 12 волокнистых композиционных слоев 8, покрывающих нижние стороны смежных треугольных ячеек-модулей 5. Каждая из пересекающихся полос 2a, 2b, 2c и каждая из согласующихся пересекающихся полос 3a, 3b, 3c выровнена с однонаправленными ребрами ячеек-модулей 5, чтобы привести к продольным усиливающим элементам.

Между согласующимися пересекающимися полосами 3a, 3b, 3c противоположного слоя 3 соответствующие пенопластовые основы 9 треугольных ячеек-модулей 5 прикрепляются к соответствующим основаниям 12 волокнистых композиционных слоев 8, упомянутые основания 12, покрытые нижним плоским наружным листом 4. Волокнистые композиционные слои 8 ребер треугольных ячеек-модулей 5 прикрепляются друг к другу вдоль поперечных полосообразных секций 10 смежных ребер в объединенную жесткую на сдвиг решетку 14. Наружный лист 4 прикрепляется к нижней части 14 в решетчатую конструкцию 1.

Согласно фиг.8, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-7. Пересекающиеся полосы 2a, 2b, 2c верхнего слоя 2 прикрепляются к соответствующим верхним плоским покрывающим секциям 11 альтернативных состоящих из трех частей волокнистых композиционных слоев 13 на двух смежных периферических ребрах треугольных ячеек-модулей 5, а согласующиеся пересекающиеся полосы 3a, 3b, 3c противоположного слоя 3 прикрепляются к соответствующим нижним плоским покрывающим секциям 12 альтернативных состоящих из трех частей волокнистых композиционных слоев 13 на нижних сторонах смежных треугольных ячеек-модулей 5. Между нижними плоскими покрывающими секциями 12 пенопластовые основы 9 треугольных ячеек-модулей 5 покрываются нижним плоским наружным листом 4. Альтернативные состоящие из трех частей волокнистые композиционные слои 13, покрывающие пенопластовую основу 9, прикрепляются друг к другу вдоль поперечных полосообразных секций 10 смежных периферических ребер в объединенную жесткую на сдвиг решетку 14 решетчатой конструкции 1.

Согласно фиг.9, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-8. Пересекающиеся полосы 2a, 2b, 2c верхнего слоя 2 прикрепляются к соответствующим верхним плоским покрывающим секциям 11 альтернативных состоящих из трех частей волокнистых композиционных слоев 13 на двух смежных периферических ребрах треугольных ячеек-модулей 5. Соответствующие нижние плоские покрывающие секции 12 альтернативных состоящих из трех частей волокнистых композиционных слоев 13 прикрепляются к нижним сторонам пенопластовых основ 9 треугольных ячеек-модулей 5 и к нижнему плоскому наружному листу 4. Альтернативные состоящие из трех частей волокнистые композиционные слои 13, покрывающие треугольные ячейки-модули 5, прикрепляются друг к другу вдоль поперечных полосообразных секций 10 смежных периферических ребер в объединенную перегородку 14 ребра жесткой на сдвиг решетки решетчатой конструкции 1.

Согласно фиг.10, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-9. Пересекающиеся полосы 2a, 2b, 2c верхнего слоя 2 прикрепляются к соответствующим верхним плоским покрывающим секциям 11 волокнистых композиционных слоев 8 двух смежных периферических ребер открытых треугольных ячеек-модулей 5, а согласующиеся пересекающиеся полосы 3a, 3b, 3c противоположного слоя 3 прикрепляются к соответствующим треугольным основаниям 12 волокнистых композиционных слоев 8 на нижних сторонах смежных треугольных ячеек-модулей 5. Между согласующимися пересекающимися полосами 3a, 3b, 3c противоположного слоя 3 соответствующие пенопластовые основы 9 треугольных ячеек-модулей 5 прикрепляются к основаниям 12 волокнистых композиционных слоев 8, упомянутые основания 12, покрытые нижним плоским наружным листом 4. Волокнистые композиционные слои 8, покрывающие треугольные пенопластовые основания 9, прикрепляются к выступу 15 элемента 6 приложения нагрузки вдоль поперечных полосообразных секций 10 смежных периферических ребер.

Согласно фиг.11, 12, и 13, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-10. Элемент 6 приложения нагрузки содержит центральный корпус 16 с шестью тонкими радиальными выступами 15 толщиной 0,1-1 мм, симметричных относительно упомянутого центрального корпуса 16. Элемент 6 приложения нагрузки может изготавливаться из металла или из композита. Для композиционного элемента, центральный корпус 16 обеспечивается металлической вставкой 24 в качестве интерфейса для элемента приложения нагрузки, такого как винт, заклепка или болт. Металлическая вставка 24 с гофрированной внешней оболочкой устанавливается с замыканием по форме в центральный корпус 16.

Каждый из шести тонких радиальных выступов 15 обеспечивается двумя существенно плоскими поверхностями, приводя к двенадцати контактным поверхностям элемента 6 приложения нагрузки с поперечными полосообразными секциями 28 ребер треугольных ячеек-модулей 5. Толщина материала каждого из шести тонких радиальных выступов 15 уменьшается с увеличением расстояния от центрального корпуса 16. Для композиционного элемента 6 приложения нагрузки, радиальные выступы 15 изготавливаются из нескольких композиционных слоев 25, слои, предпочтительно имеющие ориентацию волокон под углом +-45° относительно оси вращения элемента 6 приложения нагрузки. Внутри центрального корпуса 16 расположен цилиндрический и полый передвижной контейнер. Металлическая вставка 24 вставляется в отверстие полого передвижного контейнера. Сборка радиально сжимается и объединяется.

Согласно фиг.14-17, соответствующие признаки указываются с помощью ссылок по фиг.1-13. Для способа производства решетчатой конструкции 1 из волокнистой композиционной конструкции, предоставляются сложенный волокнистый композиционный слой 8 и треугольная пенопластовая основа 9 с периферическими верхними поверхностями 27 в качестве опор. Покрытие упомянутой треугольной пенопластовой основы 9 сложенным волокнистым композиционным слоем 8 в треугольную ячейку-модуль 5 выполняется размещением посредством располагающих элементов 21 горизонтально упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя 8 на пружинистом центральном нижнем штампе 17, и на фланцевом штампе 20, и штампе 22 перегородки, расположенных рядом с упомянутым пружинистым центральным нижним штампом 17. Пенопластовая основа 9 фиксируется на основании 12 упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя 8 на пружинистом центральном нижнем штампе 17. Пружинистый центральный нижний штамп 17 толкается посредством активного верхнего центрального штампа 18 и пенопластовой основы 9 вдоль периферического фланцевого штампа 20 и штампа 22 перегородки так, чтобы поперечные полосообразные секции 10 и плоские покрывающие секции 11 упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя 8 поворачивались посредством отдельного периферического фланцевого штампа 20 и штампа 22 перегородки в направлении боковых поверхностей 28 периферических опор упомянутой пенопластовой основы 9. Поперечная полосообразная секция 10 упомянутого волокнистого композиционного слоя 8 прижимается посредством отдельного нижнего периферического штампа 22 перегородки в направлении боковых поверхностей 28 упомянутой пенопластовой основы 9. Верхний отдельный периферический фланцевый штамп 20 дополнительно перемещается к внутренней части пенопластовой основы 9 для поворота и прижимания плоских покрывающих секций 11 упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя 8 посредством верхнего периферического штампа 22 перегородки в направлении верхних поверхностей 27 упомянутой пенопластовой основы 9. Внешние центральные штампы 19 прижимаются к плоским покрывающим секциям 11, и плоские покрывающие секции 11 и поперечные полосообразные секции 10 нагреваются для адгезивного соединения упомянутых секций 10, 11 с пенопластовой основой 9 треугольной ячейки-модуля 5. В конечном счете треугольная ячейка-модуль 5 освобождается посредством удаления частей 17-22 штампа.

СПИСОК ССЫЛОК

1 решетчатый элемент

2 верхний слой

2a, 2b, 2c верхние пересекающиеся полосы

3 нижний слой

3a, 3b, 3c нижние пересекающиеся полосы

4 наружный лист

5 ячейки-модули

6 элемент приложения нагрузки

7 точка приложения нагрузки

8 волокнистый композиционный слой

9 пенопластовая основа

10 поперечная полосообразная секция

11 верхняя плоская покрывающая секция

12 нижняя плоская покрывающая секция/основание

13 состоящий из трех частей волокнистый композиционный слой

14 решетка

15 выступ

16 центральный корпус

17 центральный нижний штамп

18 верхний центральный штамп

19 внешний центральный штамп

20 фланцевый штамп

21 располагающий элемент

22 штамп перегородки

24 металлическая вставка

25 секции слоя

26 формы

27 верхняя поверхность

28 боковая поверхность

29 нижняя сторона

30 углы ячейки-модуля

31 передвижной контейнер

32 нижний шарнир

33 верхний шарнир

34 внешняя секция

35 центральная секция

36 внешняя секция

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. Пенопластовая основа вдоль основания расположена на одной линии с одной из плоских покрывающих секций. По меньшей мере один слой полос обеспечивается снаружи плоских покрывающих секций, и наружный лист односторонне прикрепляется к ячейкам-модулям на одной линии с одной из плоских покрывающих секций. Изобретение обеспечивает создание композитной конструкции для местного приложения нагрузки с дополнительно улучшенной жесткостью с высоким отношением прочности к весу. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Решетчатая волокнистая композиционная конструкция (1) с продольными усиливающими элементами, ориентированными в по меньшей мере двух направлениях, в частности, прямоугольная решетчатая волокнистая композиционная конструкция (1), содержащая
- решетку (14) из многоугольных ячеек-модулей (5), каждая ячейка-модуль (5) содержит
- две параллельные многоугольные поверхности, соединенные периферическими поверхностями, перпендикулярными упомянутым двум многоугольным поверхностям,
- по меньшей мере три по существу u-образных ребра, причем каждое ребро имеет поперечную полосообразную секцию (10), соответствующую одной из упомянутых периферических поверхностей, и две плоские покрывающие секции (11, 12), соединенные с упомянутой поперечной полосообразной секцией (10), каждая из упомянутых двух плоских покрывающих секций (11, 12) проходит по меньшей мере частично вдоль одной из упомянутых соответствующих многоугольных поверхностей,
причем
- пенопластовая основа (9) обеспечивается внутри упомянутых по меньшей мере трех по существу u-образных ребер для поддержки упомянутых поперечных полосообразных секций (10) и упомянутых плоских покрывающих секций (11, 12), упомянутая пенопластовая основа (9), разграниченная упомянутыми двумя параллельными многоугольными поверхностями и упомянутыми периферическими поверхностями, и упомянутая пенопластовая основа (9) находится в контакте с упомянутыми поперечными полосообразными секциями (10) и упомянутыми плоскими покрывающими секциями (11, 12) каждого ребра,
- упомянутые многоугольные ячейки-модули (5) связаны вместе вдоль всех поперечных полосообразных секций (10) равной длины,
- слои (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) обеспечены снаружи упомянутых плоских покрывающих секций (11, 12) в по меньшей мере одной из упомянутых многоугольных поверхностей, упомянутые слои (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c), выровненные с ребрами в одном направлении упомянутых продольных усиливающих элементов, по меньшей мере одна из упомянутых плоских покрывающих секций (11, 12) расположена между упомянутым по меньшей мере одним слоем (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) и упомянутой пенопластовой основой (9),
- упомянутые продольные усиливающие элементы обеспечиваются установленными в виде решетки ячейками-модулями (5) со слоями (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) вдоль ребер, и
- предоставляется наружный лист (4), упомянутый наружный лист (4) односторонне прикреплен к упомянутым слоям (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) и/или к упомянутым плоским покрывающим секциям (11, 12) и/или к упомянутому основанию (12) упомянутой пенопластовой основы (9).

2. Конструкция (1) по п.1,
отличающаяся тем, что ячейки-модули (5) являются треугольными, с ребрами, ориентированными в трех разных направлениях.

3. Конструкция (1) по п.1,
отличающаяся тем, что элементы (6) приложения нагрузки с радиальными выступами (15) обеспечиваются на пересечении 8 или 12 ребер смежных ячеек-модулей (5).

4. Конструкция (1) по п.3,
отличающаяся тем, что сниженная толщина упомянутых ребер на пересечениях компенсирует толщину материала упомянутых элементов (6) приложения нагрузки.

5. Конструкция (1) по п.3,
отличающаяся тем, что упомянутый элемент (6) приложения нагрузки изготавливается из металла или из волокнистого композита.

6. Конструкция (1) по п.1,
отличающаяся тем, что наружный лист (4) механически с возможностью отсоединения прикреплен к упомянутым ячейкам-модулям (5) на пересечениях.

7. Конструкция (1) по п.1,
отличающаяся тем, что упомянутые ячейки-модули (5) предварительно собираются из пенопластовой основы (9) и ребер, изготовленных из волокнистого композиционного слоя (8, 13).

8. Конструкция (1) по п.7,
отличающаяся тем, что упомянутый волокнистый композиционный слой (8, 13) разрезается и складывается.

9. Конструкция (1) по п.7,
отличающаяся тем, что упомянутый волокнистый композиционный слой (8, 13) является сухой полуобработанной деталью или полуобработанной деталью, предварительно пропитанной смолой.

10. Конструкция (1) по п.2 или 7,
отличающаяся тем, что три ребра каждой из треугольных ячеек-модулей (5) изготовлены из одного состоящего из трех частей волокнистого композиционного слоя (13), содержащего три взаимосвязанные секции (34-36) с двумя внешними секциями (34, 36) из упомянутых взаимосвязанных секций (34-36), поворачиваемыми относительно центральной секции (35).

11. Конструкция (1) по п. 2 или 7,
отличающаяся тем, что три ребра каждой из треугольных ячеек-модулей (5) изготовлены из одного состоящего из четырех частей волокнистого композиционного слоя (8), содержащего три поперечные секции (10, 11), соединенные вдоль сторон треугольной центральной секции (12), упомянутая треугольная центральная секция (12) содержит одну из упомянутых плоских покрывающих секций, и упомянутые три поперечные секции (10, 11) являются поворачиваемыми относительно упомянутой треугольной центральной секции (12).

12. Конструкция (1) по п.1,
отличающаяся тем, что пенопластовая основа (9) имеет форму поддона напротив плоскости наружного листа (4).

13. Способ производства решетчатой волокнистой композиционной конструкции (1) с продольными усиливающими элементами, ориентированными в по меньшей мере двух направлениях, в частности, прямоугольной решетчатой волокнистой композиционной конструкции (1) по любому из предыдущих пунктов,
характеризующийся тем, что обеспечивают
- сложенные волокнистые композиционные слои (8, 13) и многоугольные пенопластовые основы (9) с периферическими опорами, упомянутые пенопластовые основы (9), разграничиваемые двумя параллельными многоугольными поверхностями, соединенными периферическими поверхностями, перпендикулярными упомянутым двум многоугольным поверхностям,
- покрывают каждую из упомянутых периферических опор упомянутых многоугольных пенопластовых основ (9) по меньшей мере тремя по существу u-образными ребрами, изготовленными из упомянутых сложенных волокнистых композиционных слоев (8, 13), чтобы получить многоугольные ячейки-модули (5), каждое из упомянутых ребер имеет поперечную полосообразную секцию (10), соответствующую одной из упомянутых периферических поверхностей, и две плоские покрывающие секции (11, 12), соединенные с упомянутой поперечной полосообразной секцией (10), каждая из упомянутых двух плоских покрывающих секций (11, 12) проходит по меньшей мере частично вдоль одной из упомянутых соответствующих многоугольных поверхностей,
- связывают друг с другом многоугольные ячейки-модули (5) вдоль всех поперечных полосообразных секций (10) равной длины, чтобы сформировать решетку,
- вставляют элементы (6) приложения нагрузки в решетку на пересечениях между по меньшей мере четырьмя из указанных ячеек-модулей (5),
- обеспечивают слои (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c),
- прикрепляют упомянутые слои (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) снаружи упомянутых плоских покрывающих секций (11, 12) в по меньшей мере одной из упомянутых многоугольных поверхностей, каждый из упомянутых слоев (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) выровнен с ребрами в одном направлении упомянутых продольных усиливающих элементов, по меньшей мере одна из упомянутых плоских покрывающих секций (11, 12) расположена между упомянутым по меньшей мере одним слоем (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) и упомянутой пенопластовой основой (9),
- обеспечивают упомянутые продольные усиливающие элементы посредством установки в виде решетки ячеек-модулей (5) на слоях (2, 3) пересекающихся полос (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c) вдоль ребер,
- предоставляют наружный лист (4)
и
- устанавливают упомянутые продольные усиливающие элементы на наружный лист (4).

14. Способ по п.13,
отличающийся тем, что покрывание выполняется посредством того, что располагают горизонтально упомянутый сложенный волокнистый композиционный слой (8) на пружинистой центральной части (17) штампа с отдельными периферическими частями (20, 22) штампа, расположенными вдоль стороны упомянутой пружинистой центральной части (17) штампа,
- располагают пенопластовую основу (9) на упомянутом сложенном волокнистом композиционном слое (8) на пружинистой центральной части (17) штампа,
- толкают пружинистую центральную часть (17) штампа вдоль периферических частей (20, 22) штампа с тем, чтобы поперечные полосообразные секции (10) и плоские покрывающие секции (11) упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя (8) поворачивались отдельными периферическими частями (20, 22) штампа в направлении боковых поверхностей (28) упомянутой пенопластовой основы (9),
- прижимают поперечные полосообразные секции (10) упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя (8) посредством нижних отдельных периферических частей (22) штампа к боковым поверхностям (28) упомянутой пенопластовой основы (9),
- поворачивают и прижимают плоские покрывающие секции (11) упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя (8) посредством верхних периферических частей (20) штампа к верхним поверхностям (27) упомянутой пенопластовой основы (9),
- нагревают поперечные полосообразные секции (10) и плоские покрывающие секции (11) упомянутого сложенного волокнистого композиционного слоя (8) посредством периферических частей (20, 22) штампа для адгезивного соединения ребер для треугольной ячейки-модуля (5),
и
- освобождают треугольную ячейку-модуль (5).