Многослойная панель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) Ц 1 А 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вогнутого 2 несущих слоев и скрепленного с ними заполнителя, включающего ряды армирующих элементов, выполненных в виде раскосов 3, 4, расположенных под углом к несущим слоям. Раскосы соединены перемычкой с несущими слоями при помощи шарниров, выполненных в форме отрезков труб. Перемычки выполнены из материала, обладающего эффектом памяти формы, пластически деформированы деформациями кручения в направлении обратном направлению деформации кручения перемычек при пролопывании панели. Отрезки труб, надетые на перемычки, установлены в пазах несугцих слоев панели. Несущие слои выполнены с ребрами 8, расположенными над пазами и ориентированными вдоль перемычек Я над выпуклым слоем 1 и поперек перемычек под вогнутым слоем 2. 6 ил. ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(57) Изобретение относится к конструкциям многослойных панелей и может найтиприменение для создания силовых оболочек сооружений, судов, корпусов летательных аппаратов и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св.925005. Целью изобретения является повышение несущей способности панели и улучшение ее амортизационных качеств. Многослойная панель состоит из выпуклого 1 и и 4 Е 04 С 2 36 Г 16 Г 7 12 В 64 С 310 15 25 20 40 Изобретение относится к конструкциям многослойных панелей, имеюцих несущие слои, заполнитель, собранный из профилей и включающий армирующие элементы, присоединенные к определенным частям запели, может найти применение для создания силовых оболочек сооружений, судов, корпусов летательных аппаратов, обладающих высокой несущей и амортизирующей способностью на воздействие интенсивных многократных нагрузок, и является усовершенствованием известного устройства по основному авт. св.925005.На фиг.изображена конструкция, общий вид; ца фиг. 2 и 3 - - аксонометрия структуры армирующих элементов; на фиг. 4панель, поперечный разрез; ца фиг. 5 го же, вид сверху; ца ср 1 г. 6 примср 11 агружени 51 и предварите 111 ц 01 о 115 - и р 5 ж е ц и 51 и а ц ел и .Панель состоит из несущих верхнего вогцутогои нижнего выпуклого 2 слоев, соединенных с заполнителем, вклкхчаксшнм армирующие элементы, выполцеццьп из непрерывной металлической проволоки, множество раз изогнутой в поперечньх плоскостях. Лрмирую 1 цие элементы имеют раскосы 3 и 4, соединенцыс друг с другом перемычками 5 и с несущими слоями 1 и 2. Г 1 еремычки установлены в трубы 6, имеющие разрезы 7, и соединены с несущими слоями 1, 2 панели (два видя рядов армирузспцих элементов показаны на фиг 3). Армируоцие элементы, соответственно цередуясь, соединяются по соприкасающимся раскосам 4, образуя таким ооразом из продольных проволочных рядов пространственную структуру ячеистого типа. Перемычки 5 изготовлены стносительно малой длины и большого диаметра, что обеспечивает значительный с круциваюций момент и вместе с этим сравните.ьно мс 1- лые срезающие усилия в местах соединения труб с несу гци ми слоямии 2. Перемычки 5 предварительно дефспмированы деформациями кручения в направлении обратном направлению деформации амортизации. Меняя величину угла предг 11 рительного пластического закручивания по оцределенному закону между парами раскосов в их последовательности в одной плоскости,можно создать в обшивках предварительное напряжение по оптимальному закону, учитываюцему распределение внешней нагрузки, причем такой закон может учитывать изменение знака напряжения предварительного нагружения, поскольку слой может нагружаться с обеих сторон (фиг. 6).Поперек армирующих рядов, вдоль осей перемычек 5, на несуцсем слое выполнены ребра 8. Ребра на слое имек)т цирину, соизмеримую с толщиной шарниров, так как предназначены для улуцшения восприятия локальных усилий. Ребра 8 в выпуклом слое устанавливаются в направлении поперечном к плоскости цилиндрического изгиоа при амортизации. Вследствие этого эти ребра не повышаю г жесткости панели в плоскости изгиба, для амортизации которого предназначена пац.ль, а повышают жесткость и прочность анели к прогибу в плоскости, поперечной к плоскости изгиба цри амортизации, вследствие чего повышается несущая способность панели и ее работоспособность, так как обеспечивается правильный цилиндрический изгиб и выпучивание конструкции без искривления образующей. С противоположной стороны ребер 8 (на внутренних сторонах несущих слоев 1 и 2) выполнены пазы 9 в форме полуцилиндров, в которые установлены соосцые ряды отрезков труб с перемычками 5. Вогнутый слой 1 выполнен с ребрами 10 поцеречно ца.равлен ям перемычек 5. Перпендикулярно плоскссти цилиндрического изгиба установлены силовые элементы 11 для крепления напел. Сборка предлагаемой конструкции осу 1 цествляется следующим образом.Известными методами изготавливаются несущие слои 1 и 2. Из непрерывной мезаллической проволоки (из материала с эффектом памяти формы) на изгибочных автоматах изготавливаются ряды армирующих элементов, из которых затем набирают пространственную структуру и соединяют на сварочньх автоматизированных станках с соответствующими раскосами 3 и 4. Чтобы придать перемычкам требуемую форму памяти, т. е. конфигурацию, с которой они должны стремиться возвращаться в процессе нагрева, их подвергают местному отжигу в заневолецном (т. е. жестко зафиксированном в справке) состоянии. при температуре выше температуры конца обратного мартенситного преврапсения для никелида титана 450 500"С) с последукгцим охлаждением в течение 1 -2ца воздухе или в воле. При этом в зацеволецном состоянии расстояния между перемычками;ревыпают расстояния между х 1 естами их,становки нг несуцие слои, т. е. заполнитель растянут в направлении, перпендикулярном к перемычкам. Раскосы выполняются жесткими ца сжатие посредством местной закалки, а гакже соединения их с трубами. Перемычки уста 1 авливаются в труб 6 либо одновременно с процессом гибки перемычек, либо при помощи разрезов 7 после гибки рядов. Перед соединением заполнителя с несущими слоями его охлаждают до температур, не цревып 1 асоц,их начала прямого мартенситного преобразования и пластически деформируют, сжимая ряды в плоскости панели. При этом перемычки получают пластические деформации кручения. При необходимости задания разли шых величин крутящих моментов и, следовательно, усилий сдвига производят последовательное скручивание5 10 15 20 25 каждого ряда перемычек 5, прикладывая усилия к паре раскосов 3 и 4, соединенных перемычкой 5. Каждый стержень-перемычка может предварительно деформироваться кручением на станках-автоматах до калиброванного заданного значения пластической деформацией кручения и маркируется. Таким образом, обеспечивается предваритель- НОЕ НаПРЯжЕНИЕ Рлрнзпр, ПроцорЦИОНаЛЬНОЕ УРОВНЮ В НЕШ НЕГО Да ВЛЕНИ Я Рллелт (фИ Г. 6) . С целью получения высокостабильных характеристик напряжений возврата перемычки могут подвергаться тренировке. Вследствие этого обеспечивается высокая точность задания величины деформации. Собранную таким образом структуру заполнителя устанавливают на один из несущих слоев, накладывают второй слой и соединяют в пакет при помощи пайки или склеивания. Стержни перемычек заполнителя, деформированные кручением на различную величину, укладывают между слоями в соответствии с заданным законом предварительного нагружения. Установка раскосов может осуществляться последовательно на несущий слой 2 и проводиться автоматически. Раскосы, установленные между участками верхней и нижней обшивок, создают силовой контур и обеспечивают пространственную устойчивость заполнителя, что облегчает процесс сборки конструкции. Разрезы труб соединяются с несущими слоями. Если интервал обратного мартенситцого превращения перемычек 6 близок к температуре процессов соединения пакета слоев, то осуществляется постоянная продувка полости охлаждаюшим телом, поддерживаюшим необходимую температуру материала перемычек. Нагревают заполнитель до температур выше интервала температур обратного мартенситного преобразования. Усиливанием скручивания производят напряжение несущих слоев. Для создания значительных усилий стержни имеют незначительную длину и достаточно большой диаметр. При таком предварительном напряжении .происходит внутренний распор несущих слоев. При этом происходит напряжение несущих слоев, приводяшее к появлению распределенного по заданному закону поля загибаюших моментов в сечении конструкции, так как напряжение скручивания перемычек вызовет появление боковых сил, приложенных к сечениям несущих слоев. При этом может осуществляться предварительный выгиб конструкции навстречу действующей внешней нагрузки. Если необходимо нагрузить только один слой, то присоединение второй обшивки осуществляется только после преднапряжения первой.Предварительное напряжение не влияет ца прочность, но существенно повышает жесткость и критические нагрузки конструкции. 30 35 40 45 50 55 Конструкция изготавливается из металлов, поэтому в ней отсутствуют потери предварительных напряжений, так ползучесть конструкционных металлов, например стали, незначительна и быстро затухает во времени.При относительно небольшом уровне поперечных нагрузок конструкция работает как упругая. При этом поперечные усилия с одного слоя на другой передаются за счет жесткости перемычек на упругое скручивание. При болыпих поперечных нагрузках угол между раскосами значительно меняется и они поворачиваются относительно перемычек, жесткие раскосы снижают величину относительного сближения несущих слоев. В этой стадии работы передача усилий с одной обшивки на другую происходит через пластически скручиваемь 1 с перемычки, зафиксированные шарнирами от смещения в плоскости слоев. В результате этого обеспечивается амортизация ксцструкции за счет рассеивания энергии ца пластически скручиваемых перемычках и сццжается энергия ударных и динамических нагрузок на внутреццюо обшивку, а импульс действия растягивается во времени. При обеспечении достаточной жесткости и величинь упругой деформации обшивок конструкция возвращается в исходное положение и может быть использована для динамического нагружеция многократно. При этом каждый раз происходит полное восстановление несушей способности. Так как раскосы соединены друг с дръгом и Основаниями с несущими слоями посредством поперечных перемычек, при нагрузках, вызываюцгцх сб,1 ияение слоев, происходит уменьшение угла между раскосами в результате скручивания перемычек. Ввиду того, что пласти;еское скручивание имеет стабильные характеристики, высокую энергоемкость, зцачительный ход амортизации, а раскосы установлены по всей внутренней полости пацсги, то даже при больших нагрузках со.,- раняется высокая однородность прочностных, жесткостных и амортизационных характеристик заполнителя, что обеспечивает высокую несуцую способность заполнителя при интенсивных (В том чцс,е и динымическ 11 х) нагрузках. Величина предварительного напряжения несущих слоев определяется степенью относительной пластической деформации перемычек из материала, обладаюшего эффектом памяти формы, напряжениями усилий возврата конкретного типа материала. Регулируя величины усилий возврата, можно задавать предварительные напряжения по определенным кривым, повторяющим очертания произвольных заданных эпюр изгибаюццх моментов. Например, для панели, работающей на равномерную нагрузку, виль: оптимальных эпюр изгиба 1 оших моментов имеюг форму квадратной параболы.Несущие слои 1, 2 и трубы могут бытьизготовлены из металлических стальных, титановых) сплавов или композиционных материалов, перемычки и раскосы - из материала с памятью формы, например нитицола,При действии на панель значительныхвцешцих нагрузок конструкция имеет повышенное значение критических нагрузок вследствие возникновения, цри сборке и сохранения в процессе эксплуатации упругогопредварительного напряжения момнтногосостояния, распределенного по определенному закону, противоположного по знаку действующим внешним нагрузкам.Напряжение осуществляется по участкам,вследствие этого предлагаемая пацел обладает качеством цагружения одного из слоев напряжениями любого знака, что увеличивает возможность оптимизации создаваемых при помогци предлагаемой панели различных силовых оболочечцых конструкций. 20Отличительным ценным свойством конст.рукции является то, что предварительноецагружение каждого из слоев может осуществляться независимо один от другого,т. е. при создании преднапряжния усилиев несущем слое создается замкнутым силовым контуром, состоящим из перемычки,двух раскосов и напрягаемого участка оболочки.Преимуществом локально предварительно цагружаемых конструкций является то, З 0что при значительных прогибах в какойлибо ограниченной зоне конструкции це происходит снятия предварительного напряжения цо всей оставшейся конструкции и темсамым уровень несущей способности ес снижается цзначительно и может быть по-прежнему достаточно высоким.Прдлагаемое техническое решение поз.воляет создать оптимальные многослойныеамортизационные конструкции с прдвари.тельным напряжением, распределенным позаданному закону по поверхности конструкции. Зто имеет существенное значение дляконструкций со сложной переменной кривизной, а также в случае приложения цс.равномерных нагрузок. Такая конструкцияпозволяет производить предварителыгое напряжцие несущих слоев локально с малымшагом по всей поверхности. Г 1 ри этоммогут создаваться усилия предварительногонапряжения по любому заданному закону.Таким образом, достижение эффекта осуществляется искусственным созданием усилий по оптимальному закоцу, которые противодействуют усилиям со стороны внешней нагрузки. Конструкция обеспечивает приложение предварительньх усилий по поверхности нужной величины и знака, фиксацию их в сечениях или элементах. Причем с увеличением степени предварительного напряжения увеличивается область упругой работы конструкции, так как при воздействии эксплуатационных нагрузок в несущих слоях погасятся сцачала предварительные напряжения.Применение предлагаемого устройства повышает несугцую способность и улучшает амортизационные свойства панели при многократных динамических воздействиях неравномерно распределенных нагрузок, кроме того, ввиду достаточно частой установки напрягающих элементов начальные неровности листа практически и влияют на степень предварительного цагГужения; высокая демпфируюгцая способность конструкции в сочетании с высокой по сравнению с полимерными заполнителями прочностью и жесткостью заполнителя обусловлена использованием в качестве составного элемента несущего слоя нитиноловых сплавов; возможно использовани для теоретического расчета в общем случае неоднородного предварительного напряженного состояния библиотек расчета прикладных задач, например расчета стержневых конструкций, для которого является эффективным использование метода конечных элементов; отпадает необходимость в захватах для передачи усилия предварительного нагружеция, что снижает массу конструкции и повышаете надежность; панель обладает оптимальными характеристиками с точки зрения амортизационных и жест- костных свойств.Формула изобретенияМногослойная панель цо авт. св. ,1 хо 925005, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способцости и улучшения эксплуатационных качеств, перемычки выполнены из материала с эффектом памяти формы и предварительно пластически дформированы деформациями кручения, а цесучцие слои выполнены с пазами, в которых установлены шарниры, соединяющие пермычки с несущими слоями, причем последние выполнены с ребрами, расположенными под пазами и ориецтированцыми вдоль перемычк цад выгнутым слоем и поперек перемычек под вогнутым.Составитель Е. Чернявская Редактор Н. Слободяннк Техред И. Верес Корректор 1. Патай Заказ 6647/26 Тираж 718 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4