Опорный шпангоут из композиционного материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1)5 Р 16 1. 9/12, Е 04 С 3/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕПЬСТВУ К АВТОРСКОМУ ПОСЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ОПОРНЫЙ ШПАНГОУТ ИЗ КЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(57) Изобретение относится к строительству, в частности к силовым элементам для подкрепления туннелей, цилиндрических контейнеров, а именно к опорным шпан,801620761 гоутам из композиционного материала. Цель изобретения - повышение прочности и надежности, а также упрощение технологии изготовления. Опорный шпангоут состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки 2, крестообразных распорных элементов 3 и размещенных между слоями полок жестких пластинчатых или стержневых элементов 4. Непрерывные армирующие волокна 5 образуют кольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 посредством переплетения с пластинчатыми или стержневыми элементами 4. Армирующие волокна 5 поочередно располагаются с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 4, огибая их по винтовой спирали, 7 ил.3Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве силового элемента для подкрепления туннелей, цилиндрических контейнеров и т. п,Цель изобретения - повышение прочности и надежности, а также упрощение технологии изготовления.На фиг. 1 изображен кольцевой шпангоут с поперечным сечением в виде двутавра; на фиг. 2 - фрагмент шпангоута; на фнг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 - переплетения армирующих волокон со стержневыми элементами; на фиг. 5 - фрагмент шпангоута с дополнительными узлами пересечения крестообразных распорных элементов; на фиг. 6 - формирование кольцевых полок шпангоута; на фиг. 7 - формирование крестообразных распорных элементов. Опорный шпангоут 1 (фиг. 1) состоит из чередующихся слоев непрерывных армирующих волокон, образующих кольцевые полки 2, крестообразные элементы 3 и размещенных между слоями полок жестких пластинчатых или стержневых элементов 4. Непрерывные армирующие волокна 5 (фиг, 2) образуют кольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 посредством переплетения с пластннчатыми или стержневыми элементами 4. Армирующие волокна 5 (фиг. 3 и 4) поочередно располагаЮтся с одной и с другой стороны пластинчатых или стержневых элементов 4, огибая их по винтовой спирали так, что смежные волокна, формирующие полки 2, находятся с противоположных сторон пластинчатых или стержневых элементов 4 одного ряда, а смежные волокна, формирующие крестообразные распорные элементы 3, находятся с противоположных сторон пластннчатых или стержневых элементов 4 смежных рядовЧередование слоев волокон, образующих кольцевые полки 2 и крестообразные элементы 3, позволяет получать разнообразные формы поперечного сечения шпангоута как в целом, так и на отдельных участках, для обеспечения требуемого момента инерции поперечного сечения шпангоута и переменной жесткости вдоль его образующей,Для повышения надежности конструкции шпангоут может иметь несколько узлов пересечений крестообразных распорных элементов 3 (фнг. 5). Причем с увеличением геометрических размеров шпангоута расстояние между узлом пересечения крестообразных распорных элементов 3 и полками 2 шпангоута не изменяется, а лишь увеличивается число узлов пересечений крестообразных распорных элементов, что существенно повышает стойкость конструкции к повреждениям.Шпангоут изготавливается следующим образом.На оправку 6 (фиг 6 и 7) устанавливаются жесткие пластинчатые или стержневые элементы 4 в торцовой ее части по линиям, образующим заданный профиль шпакгоута, При вращении оправки нитеукладчик 7, содержащий нитеводитель 8 и наконечники 9, совершает возвратно-поступательное движение в плоскости вращения оправки. При этом волокна 5 оплетают пластинчатые или стержневые элементы 4 10 одного ряда или смежных рядов, формируякольцевые полки 2 и крестообразные распорные элементы 3 в зависимости от амплитуды возвратно-поступательного движения нитеукладчика 7.15Для предотвращения поломок или травмирования элементов 4 наконечники 9 нитеукладчика 7 выполнены гибкими. Для получения высоких прочностных и жесткостных характеристик конструкции намотку ведут 20 высокомодульными волокнами, являющимися наиболее перспективными для изготовления высоконагруженных конструкций, Наматывая требуемое количество пропитанных связующим составом армирующих волокон,формируют шпангоут. Затем полученную структуру механически уплотняют в осевом направлении и проводят термообработку. Разрезка стержневых или пластинчатых элементов в зоне соединения с оправкой завершает цикл изготовления из 25 делия. 30 35 40 45 50 55 В предлагаемой конструкции шпангоута крестообразные распорные элементы располагаются в плоскости действия тангенциальных напряжений, а следовательно, воспринимают действующие нагрузки, что приводит к увеличению прочности шпангоута.Пример, Для экспериментальной проверки используется конструкция шпангоута с поперечным сечением в виде швеллера. Высота профиля шпангоута 25 мм, ширина полки шпангоута 15 мм, а наружный диаметр 245 мм. Стержневые элементы выполнены в виде штифтов диаметром 2 и длиной 20 мм из углеродной нити УКН, пропитанной эпоксидным связующим. Стержневые элементы устанавливаются в торцовую часть оправки, изготовленной из пенополиуретана, двумя рядами по окружностям. Шпангоут формировался мокрой намоткой углеродных нитей Урал, пропитанных эпоксидным связующим.Форму поперечного сечения шпангоута в виде швеллера получают следующим образом. Непрерывная армирующая нить наматывается на стержневые элементы, поочередно располагаясь с одной и с другой стороны одного и другого ряда стержневых элементов, формируя крестообразные распорные элементы, являющиеся одной из боковых стенок конструкции. Затем нить наматывается на стержневые элементы одного ряда, рас 16207615полагаясь поочередно с одной и с другой стороны и формируя полку шпангоута. После этого нить поочередно огибает стержневые элементы одного и другого ряда, располагаясь с одной и с другой стороны, формируя крестообразные распорные элементы, являющиеся второй стенкой шпангоута. После формирования шпангоута, оправку с заготовкой термообрабатывают по стандартному режиму для эпоксидного связующего, Затем стержневые элементы перерезают в зоне соединения с оправкой. Использование изобретения позволяет повысить прочность и надежность конструкции и значительно упростить технологический процесс изготовления. Формула изобретенияОпорный шпангоут из композиционного материала, образованный чередующимися слоями непрерывных армирующих волокон спиральной и кольцевой намотки, содержащий кольцевые полки и крестообразно установленные распорные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и надежности, а также упрощения технологии изготовления, полки шпангоута снабжены установленными вдоль их образующих и размещенными между их слоями жесткими пластинчатыми или стержневыми элементами, а распорные элементы выполнены в виде огибающих их чередующихся зигзагообразных волокон кольцевой намотки.1620761 Ри ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 45 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 01Редактор И. Касарда аказ 4234 Составитель Е. Чернехред А. Кравчукираж ская Корректор М. Самборск Подписное