Тонкостенная панель с усиливающими элементами Советский патент 1984 года по МПК F16S1/00 

Изобретение относится к машиностр ению, а именно к панелям с усиливающими элементами, несущими сжимающую нагрузку, . Известна плоская прямоугольная па нель, работающая на сжатие для увели чения устойчивости, снабженная набором усиливаюпщх элементов, сориентированных в направлении действия сжимающей нагрузки, расположенных таким образом, что осевая линия каждого ре ра жесткости лежит в срединной плоскости панели (центральное расположение ).Установка ребер позволяет умен шить толи91ну панели и снизить общий вес конструкции при одном и том же уровне критических нагрузок общей п тери устойчивости, так как увеличивается изгибная жесткость конструкции Г1 3. Недостаток известной панели - ее низкая несущая способность, обусловленная тем, что центральное расположение ребер не позволяет добить ся максимального увеличения изгибной жесткости и, следовательно, несущей способности. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является тонкостенная панель с усиливающими элементами, жестко закрепленными, на панели с одной стороны в направлении действи схшмаюке нагрузки. Эксцентричное расположение подкрепляющих элементов позволяет раз нести от плоскости изгиба, совпадающей с центральной плоскостью, не только площадь поперечного сечения подкреплении, но и площадь поперечного сечения пластинки, что приводит к дополнительному увеличению осевого момента инерции совокупного поперечного сечения, изгибной жесткости и, в конечном счетеJ к повышению критической нагрузки, общей потери устойчивости при том же весе По сравнению с панелями с центральным расположением усиливающих элементов (ребер жесткости )такая конструкция более технологична 2J. Недостатком указанной панели является ее низкая несущая способност что обусловлено возможностью местно потери устойчивости обшивки (участков панели между ребрами ), так как часть их поперечного сечения выключается из работы, т.е. уменьшается эффективная ширина, а за счет того. что плоскость изгиба не совпадает со срединной поверхностью пластинки уменьшается осевой момент инерции совок пногр поперечного сечения панель-ребра и, следовательно, понижается критическая нагрузка общей потери устойчивости, определяющая несущую способность таких конструкций . Цель изобретения - увеличение несущей способности панелей, подкрепленных ребрами жесткости. Указанная цель достигается тем, что в тонкостенной йанели с усиливающ ми элементами, жестко закрепленными на панели с одной стороны в направлении действия сжимающей нагрузки, панель и усиливающие элементы выполнены с начальным прогибом в сторону панели, определенным по формуле , W, (0,02-0,25),4(f где WQ- величина начального прогиба;толщина панели; длина панел.и; ширина панели между подкрепляющими элементами; радиус инерции совокупного поперечного сечения панель-подкрепляюище элементы относительно центра тяжести сечения; расстояние между центром тяжести совокупного поперечного сйчения панельподкрепляющие элементы и срединтной поверхностью панели,. Наличие пределов изменения от 0,02 до 0,25 в формуле объясняется необходимостью задания разных значений амплитуды начального прогиба для разных профилей-поперечного сечения усиливаюг х элементов для учета влияния условий закрепления и пластичности материала, Применимость указанной формулы оганичена положительными значениями /J М2 начального прогиба, т.е. значениями параметра -, л с:. Указанные ограничения несущественно суают ее применимость. На фиг. 1 изображена панель в зометрии; на фиг. 2 - профиль панели, вид сбоку; на фиг. 3 - схема 310 нагружения панели; на-фиг. 4 - эпюры нормальных напряжений. Панель с усиливающими элементами содержит панель 1.длиной Е и толщиной h и жестко закрепленные на ней с одной стороны в направлении действия сжимающей нагрузки Р усиливающие элементы 2, служащие ребрами жест кости. Панель 1 и элементы 2 выполнены с начальным прогибом в форме, близкой форме потери устойчивости, и в направлении от центра тяжести совокупного сечения панельподкрепляющие элементы к срединной поверхности панели. Амплитуда начального прогиба определяется выра 1сйнием Г / г-2 г /п л } Wo (.02-0,25),4(-)Jгг ...Панель работает следующим образом. ,, -„ - г Нагружение сжимающей Нс1грузкой р подкрепленной панели с начальным про„ ,; гибом, направленным, от центра тяжести совокупного сечения к срединной по верхности панели 1, приводит к возникновению в поперечных сечениях кон струкции не только сжимающей силы N но и изгибающего момента М (фиг.З. Сжимаюсчая сила N создает в поперечных сечениях панели сжимающие нормальные напряжения d( , действие изгибаюг-его момента ,V обусловливает возникновение в пггнели нормальных растягивающих напряхсений .4 ). Действител1)Ные напряжения в па{1ели представляют собой сумму напряжений сЬ(«д и (э... Изгибающий момент разгружает ежатую панель и рост сжимающих напряжений с увеличением нагрузки может замедляться. Таким образом, соотношение величины сжимающей силы N и изгибающего момента М , которое определяется амплитудой начального прогиба WQ, является определяющим фактором регули91рования скорости роста сжимающих напряжений в панели (точка А, фиг.4 при ннагружении. Ограничением для увеличения амплитуды начального прогиба является тот факт, что наружные волокна подкреплений дополнительно догружсцотся. Начальный прогиб должен быть возможно меньшим, чтобы не возникало чрезмерной догрузки наружных волокон ребер (точка 8 , фиг.4. С другой стороны, начальный прогиб необходимо задавать так, чтобы не происходило местной потери устойчивости обшивки ранее, чем наступит исчерпание несущей способности. Предлрженная формула определяет величину начального прогиба, отнесенную к тол- щине панели, регулирующую соотношение между сжимаюпшм усилием N и изги- v j бающим моментом Л таким образом, что при увеличении охимающеи нагрузки г - к в панели появляются сжимающие напряжения, которые возрастают медленее. f - « чем для панели без начального про. гиба, и достигают критического значения, соответствующего местной потери устойчивости панели непосредственно после исчерпания несущей способности конструкции. Проведенные расчеты и эксперименты показывают, что необходимая величина начального прогиба для широкого класса конструкций подкрепленных панелей не превышает толщину общивки. Несущая способность подкрепленной павели с начальным прогибом по сравнению с подкрепленной панелью без начального прогиба может увеличиваться в Д- раза. Для предлагаемой панели с усиливающими элементами может быть уменьшен на 15-20 %вес при заданной не- личире несущей способности.

ТОНКОСТЕННАЯ ПАНЕЛЬ С УСИЛИВАЮВ(ИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ, жестко закрепленными на панели с одной стороны в направлении действия схсимающей нагрузки,о тлич/ающа я с я тем, что, с целью увеличения несущей способности панели, последняя и усиливающие элементы выполнены с начальным прогибом в сторону панели, определенным по формуле W