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

Изобретение относится к строительству, может быть использовано в качестве подкрепляющего элемента конструкций тюбингов, шахтных колодцев, арочных перекрытий и т.п., в том числе и с переменной кривизной поперечного сечения и является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт.св. № 1719758.

Известный опорный шпангоут из композиционного материала образован чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон спиральной и кольцевой намоток, формирующих полки с установленными между их слоями жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорные элементы, закрепленные по концам пластинчатых или стержневых элементов так,

что образуют между их рядами пары четырехгранных пирамид с общими вершинами в узлах перекрещивания pachdpffbix элементов, расположенных по Их р ебрам. Однако такая конструкция опорного шпангоута обладает рядом недостатков, основными из которых являются:

невысокая жесткость конструкции в радиальном направлении,ограничиваемая геометрическими размерами шпангоута, с увеличением размеров попёр ёШЬго сечения растет длина распорных э лем ентов, что ведет к их прогибу при нагружении конструкции; низкая прочность шпангоута при несимметричном йаТружении, вызывающем появление изгибающего момента на распорных элементах;

2

VJ

ю (

I

to

передача нормальных напряжений от одной полки к другой происходит только через дискретно расположенные узлы пересечения распорных элементов, размещенных вдоль продольной оси шпангоута. Учитывая, что узлы пересечения являются концентраторами напряжений, очевидна связанная с этим низкая прочность конструкции.

Перечисленные недостатки отрицатель- н о влияют на эксплуатационные характеристики известной конструкции шпангоута.

Целью дополнительного изобретения является повышение жесткости и прочности конструкции шпангоута.

Поставленная цель достигается тем, что в опорном шпангоуте из композиционного материала по авт. св. СССР № 1719758 его кольцевые полки снабжены дополнительными радиальными пластинчатыми или стержневыми элементами, попарно установленными между продольными пластинчатыми или стержневыми элементами вдоль образующих, а чередующиеся зигзагообразные волокна кольцевой намотки распорных элементов закреплены поочередно по концам основных и дополнительных пластинчатых или стержневых элементов.

На фиг.1 изображен кольцевой шпангоут; на фиг.2 - фрагмент шпангоута на фиг.1.

Опорный шпангоут 1 (фиг.1) состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон спиральной и кольцевой намоток, формирующих кольцевые полки 2 с попарно установленными между их слоями продольными 3 или радиальными 4 жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорные элементы 5. Непрерывные армирующие волокна 6 (фиг.2) образуют кольцевые полки 2 и распорные элементы 5 посредством переплетения со стержневыми или пластинчатыми элементами 3 и 4. Армирующие волокна 6 поочередно располагаются с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 3 и 4, огибая их по винтовой спирали так, что смежные волокна, формирующие полки 2, находятся с противоположных сторон как продольных 3, так и радиальных 4 пластинчатых или стержневых элементов одного ряда, а смежные волокна, формирующие распорные элементы 5, находятся с противоположных сторон как продольных 3, так и радиальных 4 пластинчатых или стержневых элементов смежных рядов и закреплены поочередно по их противолежащим концам. Ребра 7 распорных элементов 5 образуют лежду чередующимися рядами пластинчатых или стержневых элементов 3 и 4 пары четырехгранных пирамид с общими

вершинами в узлах 8 перекрещивания распорных элементов 5.

Формообразование предлагаемой конструкции опорного шпангоута осуществляется путем следующей последовательности операций:

сборка оправки с установкой пластинчатых или стержневых элементов по линиям, образующим заданный профиль шпангоута;

намотка заготовки шпангоута с формообразованием полок и распорных элементов путем подачи волокнистого армирующего материала на пластинчатые или стержневые элементы с его фиксацией на

концах последних при намотке распорных элементов, фиксация волокон на концах пластинчатых или стержневых элементов фиксация волокон на концах пластинчатых или стержневых элементов осуществляется

любым из известных способов закрепления (с помощью упоров, нанесением быстроот- верждающегося состава и т.п.) с последующим отверждением: удаление оправки.

Наличие радиальных пластинчатых или стержневых элементов, попарно установленных между продольными пластинчатыми или стержневыми элементами так, что чередующиеся волокна распорных элементов закреплены поочередно по концами тех и других пластинчатых или стержневых элементов, позволяет повысить как изгибную, так и крутильную прочность и жесткость конструкции, а также улучшить передачу нагрузки от одной полки к другой.

Пример, Для экспериментальной проверки технического решения Выл реализован фрагмент конструкции опорного

шпангоута с высотой профиля 30 мм и кривизной внутренней и наружной полок радиусом 92 мм и 122 мм соответственно. Ширина полки шпангоута составила 30 мм Стержневые элементы были выпотнены в

виде полых штифтос круглого поперечного сечения диаметром 44 мм (внутренний диаметр 2 мм) и длиной 35 мм. Штифты ;форми- ровали на основе высокомодульной углеродной нити УКН и эпоксидного связующего. Базой для изготовления фрагмента шпангоуга являлась металлическая оправка, в торцовую часть которой устанавливались стержневые элементы двумя рядами как по окружности, так и в радиальном направлении. Шпангоут формировался мокрой намоткой нитей УКН, пропитанных эпоксидным связующим, путем вышеуказанной последовательности операций.

Предлагаемая конструкция опорного шпангоута позволяет получить высокую

прочность изделия при одновременном снижении ее деформативности, Формула изобретения Опорный шпангоут из композиционного материала по авт.св. № 1719758, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения жесткости и прочности, его кольцевые полки снабжены дополнительными радиальными пластинчатыми или стержневыми элементами, попарно установленными между пластинчатыми или стержневыми элементами вдоль образующих, а чередующиеся зигзагообразные волокна кольцевой намотки распорных элементов закреплены поочередно по концам основных и дополнительных стержневых элементов.

Использование: в качестве подкрепляющего элемента криволинейных конструкций. Сущность изобретения: опорный шпангоут состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки с попарно установленными между их слоями продольными и радиальными жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами и распорные элементы. Армирующие волокна, образующие кольцевые полки, поочередно располагаются с противоположных сто рбн как продольных, так и радиальных пластинчатых или стержневых элементов одного ряда, а армирующие волокна, образующие распорные элементы, поочередно располагаются с противоположных сторон как продольных, так и радиальных пластинчатых или стержневых элементов смежных рядов и закреплены по их противолежащим концам. Ребра распорных элементов образуют между смежными ряда ми тшаетТШЧа- тых или стержневых элементов пары четырехгранных пирамид с общими вершинами в узлах перекрещивания распорных элементов. 2 ил. СО

Ч

Фиг.г