Опорный шпангоут из композиционного материала Советский патент 1992 года по МПК E04C3/29 F16L9/12 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве силового элемента для подкрепления цилиндрических сооружений, а именно шахтных колодцев, цилиндрических контейнеров, секций силосных башен и т.п.

Цель изобретения - повышение жесткости и прочности шпангоута.

На фиг. 1 изображен предлагаемый шпангоут, общий вид; на фиг. 2 - фрагмент шпангоута с крестообразными элементами в аксонометрической проекции; на фиг. 3 - крестообразные элементы з аксонометрической проекции отдельно от шпангоута.

Опорный шпангоут 1 (см. фиг. 1) из композиционного материала с кольцевыми выступами 2 (см. фиг. 2) образован слоями сплющенных кольцевых корытообразных рукавов 3 из непрерывных аомирующих волокон А (см. фиг. 2). Кольцевые корытообразные рукзва скреплены по днищам 5 (см, фиг. 1) витками волокон 6 (см. фиг. 2). Внутри кромок 7 сплющенных рукавов расположены волокна 8. Шпангоут содержит крестообразные элементы 9 (см. фиг. 3) и 10 двух типов, одни из которых (элементы 8) установлены плашмя на днище 5 (см. фиг. 2) шпангоута и закреплены на них кольцевыми витками волокон 11, а крестообразные элементы 10 размещены на кольцевых выступах 2 с перекрытием полости шпангоута. Крестообразные элементы 9 расположены над крестообразными элементами 10 и скреплены попарно между собой стойками 12 (см.фиг.3),размещенными по боковым стенкам 13 (см. фиг. 2) шпангоута, Крестообразные элементы состоят из прямолинейных волокон 14 (см. фиг. 3).

;К

| Ю

Формообразование предлагаемой конструкции осуществляют следующим образом.

Технологическую оправку для намотки шпангоута устанавливают в намоточном станке, В кольцевых канавках, выполненных на цилиндрической части оправки, волокнами 8, расположенными внутри кромок 7, закрепляют сплющенные рукава 3. Оправке придают вращательное движение. В процессе вращения кольцевые волокна 8 фиксируют кромки 7 сплющенных рукавов, а армирующие волокна 6 утягивают срединную часть сплющенных рукавов в кольцевой паз, расположенных на цилиндрической ча- сти оправки между кольцевыми канавками. Волокна 6 фиксируют срединную часть сплющенных рукавов на дне паза, образуя днище 6 шпангоута и боковые стенки 13, расположенные по боковым стенкам коль- цевого паза. Форма и размеры кольцевого паза соответствуют форме и размерам изготавливаемого шпангоута. Наматывая расчетное количество концентрических слоев сплющенных кольцевых рукавов 3 и чередуя их с армирующими волокнами 6, получают заготовку шпангоута. Затем приступают к изготовлению крестообразных элементов 9. Для этого на кольцевые выступы 2 укладывают прямолинейные волокна 14 под углом к оси шпангоута, определяемым расчетным путем. Часть волокон 14 утягивают внутрь полости шпангоута при помощи волокон 11 до соприкосновения с днищем шпангоута 5. Волокна 14 укладывают крестообразно по отношению друг к другу так, что на днище 5 шпангоута образуется крестообразный элемент 9, установленный в нем плашмя. Крестообразные элементы 9 изготавливают последовательно в количестве, установлен- ном расчетным путем, располагая их симметрично в поперечном сечении шпангоута. Затем приступают к изготовлению крестообразных элементов 10, для этого прямолинейные волокна 14 укладыва ют в те места и в тех же направлениях, что и при изготовлении крестообразных элементов 9, только не утягивают их во внутреннюю полость шпангоута, а перекрывают ее. В результате получаются крестообразные элементы 10, расположенные на кольцевых выступах 2 шпангоута и под крестообразными элементами 9. Крестообразные элементы 9 и 10 попарно скреплены между собой стойками 12, которые образуются в результате утяжки прямолинейных волокон 14 во внутреннюю полость шпангоута, и располагаются по его

боковым стенкам 13. Количество слоев волокон 14, необходимых для изготовления крестообразных элементов 9, 10 и стоек 12, определяется расчетным путем. В качестве непрерывных армирующих волокон 4 используют материалы, хорошо работающие на растяжение, например органонити марки СВМ. Волокна 6 должны иметь высокую кольцевую жесткость, поэтому подходящим материалом для них является углеволокно, Функцией волокон 8 является фиксация кромок 7 сплющенных рукавов на оснастке. Наиболее подходящим материалом для них служат нити марки СВЧ. В качестве прямолинейных волокон 14 целесообразно использовать углеволокно. В качестве связующего используют эпоксидные смолы. После термообработки в термопечи производят демонтаж технологической оправки и извлечение готового шпангоута. Шпангоут по предлагаемому техническому решению обладйет повышенной несущей способностью при воздействии осевой нагрузки, приложенной к его торцам. Осевые усилия, приложенные к торцу шпангоута, воспринимают не только той площадью, по которой шпангоут скреплен с оболочкой, а перераспределяются по крестообразным элементам 10, подключая к работе всю поверхность оболочки. Кроме того, сам шпангоут становится жестче, поскольку его боковые стенки подкреплены крестообразными элементами 9 и 10 и стойками 12. Шпангоут, изготовленный с учетом предлагаемого технического решения, обладает повышенной прочностью и жесткостью при действии, приложенной к его торцу осевой нагрузки.

Формула изобретения Опорный шпангоут из композиционного материала, имеющий кольцевые выступы и образованный слоями сплющенных кольцевых корытообразных рукавов из непрерывных армирующих волокон, скрепленных по днищам и внутри кромок каждого слоя кольцевыми витками волокон, а также крестообразные элементы усиления, отличающийся тем, что, с целью повышения жесткости и прочности, его крестообразные элементы усиления выполнены двух типоразмеров и расположены попарно, причем одни из элементов пар установлены плашмя на днищах рукавов и закреплены кольцевыми витками волокон, а другие - на кольцевых выступах шпангоута с перекрытием его полости и объединены между собой посредством стоек, размещенных по боковым стенкам шпангоута.

Фиг.3

Изобретение относится к строительству, а именно к опорным шпангоутам, используемым в качестве силового элемента для подкрепления цилиндрических сооружений. Цель изобретения - повышение жесткости и прочности. Опорный шпангоут образован чередующимися слоями сплющенных корытообразных рукавов из волокон спиральной намотки и непрерывных волокон кольцевого армирования. Шпангоут снабжен крестообразными элементами двух типоразмеров, одни из которых установлены на днище шпангоута, а другие рас- положены над ними .и опираются на кольцевые выступы шпангоута. Крестообразные элементы попарно скреплены между собой стойками, размещенными по боковым стенкам шпангоута. 3 ил.