RU196398U1 - Фитинг для соединения труб из композиционных материалов - Google Patents
Фитинг для соединения труб из композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU196398U1 RU196398U1 RU2019140708U RU2019140708U RU196398U1 RU 196398 U1 RU196398 U1 RU 196398U1 RU 2019140708 U RU2019140708 U RU 2019140708U RU 2019140708 U RU2019140708 U RU 2019140708U RU 196398 U1 RU196398 U1 RU 196398U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fitting
- tubular elements
- hyperbolic paraboloid
- strength
- zones
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- IHPYMWDTONKSCO-UHFFFAOYSA-N 2,2'-piperazine-1,4-diylbisethanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CCN1CCN(CCS(O)(=O)=O)CC1 IHPYMWDTONKSCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 239000007990 PIPES buffer Substances 0.000 title 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 abstract description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 2
- 241001377010 Pila Species 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 1
- 238000009730 filament winding Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B7/00—Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L25/00—Constructive types of pipe joints not provided for in groups F16L13/00 - F16L23/00 ; Details of pipe joints not otherwise provided for, e.g. electrically conducting or insulating means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области высоконагруженных стержневых конструкций из композиционных материалов для транспортных средств и космических аппаратов. Фитинг (Фиг. 1) содержит зоны сопряжения трубчатых элементов, имеющие седловидную форму с поверхностью гиперболического параболоида (Фиг. 2). Фитинг (Фиг. 1) образован четырьмя пересекающимися трубчатыми элементами 1, 2, 3, 4. Зоны сопряжения трубчатых элементов представляют собой седловидную форму 5, 6, 7, 8 с поверхностью гиперболического параболоида, армированные прямолинейными волокнами 9, 10. Таким образом, выполнение седловидных зон сопряжения с поверхностью гиперболического параболоида позволяет повысить прочность фитинга и обеспечить его весовую эффективность. Кроме того, армирование зоны сопряжения прямолинейными волокнами по известному закону позволяет достоверно прогнозировать механические параметры (модули) композиционного материала. Это позволяет производить расчет прочности и жесткости фитинга с повышенной точностью. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области высоконагруженных стержневых конструкций из композиционных материалов для транспортных средств и космических аппаратов.
Известна конструкция фитингов в составе каркаса, выполненного из слоистого композиционного материала (Патент 2352024 Российская Федерация, МПК H01L 31/18. Конструкция каркасов солнечных батарей и способ изготовления каркаса [Текст] / Урмансов Ф.Ф., Щепалин В.И., Воронин А.А., Денисов А.В.; заявитель и патентообладатель ОАО «Пластик». - №2007111602/28; заявл. 29.03.2007; опубл. 10.04.2009, Бюл. №10. - 5 с.). Указанная конструкция реализуется в каркасах створок солнечных батарей и элементах космических платформ. Фитинги выполняются из слоистого композита. Для увеличения прочности и жесткости конструкция фитинга содержит угловые соединения - косынки.
Недостатком указанной конструкции является большой вес, вызванный дополнительными угловыми усилениями, низкая прочность конструкции в угловых усилениях при межслоевом сдвиге ввиду наличия технологического стыка слоев препрега косынки. Для обеспечения прочности косынка должна быть больших размеров, это увеличивает вес конструкции и ее габариты.
Известны фитинги для соединения труб, выполненные из фотополимера и АБС-пластика (3D TODAY. Успешный «космический» опыт 3-D- печати [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://3dtoday.ru/blogs/3dmall/successful-cosmic-experience-of-3d-printing-/, Свободный. - Загл. с экрана. (Дата обращения 16.04.2019)).
Недостатком таких фитингов является отсутствие армирования волокнами. Это резко снижает прочность материала и конструкции в целом.
Известны фитинги из углепластика с трубчатыми элементами прямоугольного сечения, изготовленные методом намотки (Малков, И.В. Научные основы технологии формообразования намоткой углепластиковых элементов ферменных конструкций космических аппаратов [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.07.02) / Малков Игорь Владиславович; Восточноукраинский нац. ун-т. - Москва, 2001. - 36 с.).
Недостатком данной конструкции является то, что она может соединять трубы только прямоугольного сечения. Это обусловлено возможностями принятой технологии изготовления.
Известны фитинги из углепластика, изготовленные методом намотки (РТ Ori Polytec Composites. Products & services PIPE & FITTING / https://www.ori.co.id/index.php?page=Our+Products#11 / 18.03.2004, 18:51; Cadwind - Filament Winding Technology Without Limits. / https://www.material.be/cadwind/download/index.html/ 26.07.2002, 16:10)
К недостаткам фитингов данного класса следует отнести: ограничение типов поперечного сечения стержня (только круглого), фитинги могут иметь только простую Т-образную форму, в зоне стыков трубчатых элементов образуется хаотично армированная структура, которая не позволяет произвести адекватный прочностной расчет.
Известны фитинги из углепластика, изготовленные методом плетения (Uozumi, Т. Carbon fibre-reinforced plastic truss structures for satellite using braiding / resin transfer moulding process / T. Uozumi, A. Kito // J. Materials: Design and Application. - 2007. - Vol. 221. - Part I. - pp. 93-101. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1243/14644207JMDA50?journalCode=pila). Их недостатком является нерегулярное и с плохо прогнозируемой структурой армирование в зоне сопряжения трубчатых элементов. Это не позволяет определить механические характеристики материала в указанных зонах и соответственно проводить адекватные расчеты прочности, жесткости и терморасширения рамы в зоне фитинга.
Известен фитинг из слоистого композиционного материала (Патент 2629487, МПК F16B 7/00 (2006.01), В32В 1/08 (2006.01), Российская Федерация. Способ изготовления фитинга из слоистого композиционного материала / Власов А.Ю., Обверткин И.В., Мартынов В.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «СибГАУ им. М.Ф. Решетнева». - №2015155511; заявл. 23.12.2015; опубл. 29.08.2017.), изготовленный послойной укладкой слоев препрега.
Каждый слой препрега для трубчатых элементов располагается по спирали встык, причем каждый последующий слой трубчатых элементов смещен относительно предыдущего в плоскости, перпендикулярной оси трубчатых элементов на 180° и имеет противоположное направление вращения. Недостаток данной конструкции фитинга заключается в том, что в зоне сопряжения трубчатых элементов схема армирования не является рациональной и не обеспечивает высокую прочность. Кроме того, зона сопряжения трубчатых элементов характеризуется неупорядоченной структурой расположения армирующих волокон, что не позволяет определить механические константы материала и, как следствие, произвести достоверный расчет прочностных параметров фитинга.
Данная конструкция фитинга наиболее близка к заявляемой полезной модели и принята за прототип.
Проблемой является создание фитингов из композиционных материалов, используемых в транспортных средствах и космических аппаратах, в которых схема армирования в зонах сопряжения трубчатых элементов обеспечивает высокую прочность и малый вес.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении весовой эффективности фитингов, то есть в повышении прочности с уменьшением их веса за счет того, что седловидные зоны выполнены в форме гиперболического параболоида и могут быть армированы сеткой в виде прямолинейных волокон, что обеспечивает восприятие нагрузки наиболее рациональным образом.
Технический результат достигается тем, что в фитинге для соединения труб, состоящем из трех и более трубчатых элементов, соединенных между собой одним из торцев в монолитный узел и выполненных из композита с волокнистым армированием, новым является то, что зоны сопряжения трубчатых элементов имеют седловидную форму с поверхностью гиперболического параболоида и армированы прямолинейными волокнами, располагающимися на поверхности гиперболического параболоида.
Сущность полезной модели показана на Фиг. 1 и Фиг. 2, где:
Фиг. 1 - фитинг, состоящий из четырех трубчатых элементов, сопряженных седловидными поверхностями в виде гиперболических параболоидов;
Фиг. 2 - поверхность гиперболического параболоида с расположенными на ней прямыми линиями;
1, 2, 3, 4 - трубчатые элементы; 5, 6, 7, 8 - зоны сопряжения трубчатых элементов седловидной формы.
Фитинг (Фиг. 1) образован четырьмя пересекающимися трубчатыми элементами 1, 2, 3, 4. Зоны сопряжения трубчатых элементов представляют собой седловидную форму 5, 6, 7, 8 с поверхностью гиперболического параболоида, армированные прямолинейными волокнами 9, 10, как схематически показано на Фиг. 1.
Гиперболический параболоид (Фиг. 2) представляет собой поверхность второго порядка, которая в декартовой системе координат описывается каноническим уравнением
где a, b - положительные числа; x, y, z - переменные координаты.
Поверхность гиперболического параболоида имеет седловидную форму. Ее особенностью является то, что она является линейчатой поверхностью, а значит, в ней могут находиться прямые линии, в направлении которых может быть реализовано армирование композита прямолинейными волокнами.
Преформа трубчатых элементов и зоны сопряжения трубчатых элементов седловидной формы с поверхностью гиперболического параболоида составляет единое целое. Нити, образующие преформу трубчатых элементов, плавно переходят в зону седловидной поверхности без разрыва.
Таким образом, после пропитки и формования образуется фитинг как интегральная цельная конструкция без каких-либо соединительных швов.
Преформу трубчатых элементов изготавливают методом радиального плетения с последующим переходом нитей на седловидную поверхность, ориентированных по прямым линиям. Данная технология реализуется на роботизированных комплексах, в которых оправку трубчатых элементов закрепляют одним концом в патроне робота. Робот по программе обеспечивает заданное перемещение фитинга. Формование осуществляют одним из трансферных методов, например, RTM (Resin transfer moulding), Infusion или Light-RTM.
Достижение технического результата определяется
приданием седловидным поверхностям в зонах сопряжения трубчатых элементов формы гиперболического параболоида, позволяющей армировать их прямолинейными волокнами.
прямолинейностью армирующих волокон, которая для композита является предпосылкой наилучшего восприятия нагрузки, так как любое искривление волокна ведет к снижению несущей способности.
Таким образом, выполнение седловидных зон сопряжения по форме гиперболического параболоида позволяет повысить весовую эффективность фитинга.
Кроме того, армирование зоны сопряжения прямолинейными волокнами по известному закону позволяет достоверно прогнозировать механические параметры (модули) композиционного материала. Это позволяет производить расчет прочности и жесткости фитинга с повышенной точностью.
Claims (1)
- Фитинг для соединения труб, состоящий из трех и более трубчатых элементов, соединенных между собой одним из торцев в монолитный узел и выполненных из композита с волокнистым армированием, отличающийся тем, что зоны сопряжения трубчатых элементов имеют седловидную форму с поверхностью гиперболического параболоида и армированы прямолинейными волокнами, располагающимися на поверхности гиперболического параболоида.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019140708U RU196398U1 (ru) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | Фитинг для соединения труб из композиционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019140708U RU196398U1 (ru) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | Фитинг для соединения труб из композиционных материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU196398U1 true RU196398U1 (ru) | 2020-02-28 |
Family
ID=69768503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019140708U RU196398U1 (ru) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | Фитинг для соединения труб из композиционных материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU196398U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2352024C2 (ru) * | 2007-03-29 | 2009-04-10 | ОАО "Пластик" | Конструкция каркасов солнечных батарей и способ изготовления каркаса |
| US9447802B2 (en) * | 2011-01-19 | 2016-09-20 | Skf Aerospace France | Multi-branch fitting made of composite material and method of manufacturing such a mult-branch fitting |
| RU2629487C2 (ru) * | 2015-12-23 | 2017-08-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф.Решетнева) | Способ изготовления фитинга из слоистого композиционного материала. |
| RU2677200C1 (ru) * | 2017-12-27 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления |
| MX2018010625A (es) * | 2016-03-03 | 2019-01-17 | Construction Research & Technology Gmbh | Miembro de union de seccion de tuberia, union de tuberia y tuberia alargada. |
-
2019
- 2019-12-09 RU RU2019140708U patent/RU196398U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2352024C2 (ru) * | 2007-03-29 | 2009-04-10 | ОАО "Пластик" | Конструкция каркасов солнечных батарей и способ изготовления каркаса |
| US9447802B2 (en) * | 2011-01-19 | 2016-09-20 | Skf Aerospace France | Multi-branch fitting made of composite material and method of manufacturing such a mult-branch fitting |
| RU2629487C2 (ru) * | 2015-12-23 | 2017-08-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф.Решетнева) | Способ изготовления фитинга из слоистого композиционного материала. |
| MX2018010625A (es) * | 2016-03-03 | 2019-01-17 | Construction Research & Technology Gmbh | Miembro de union de seccion de tuberia, union de tuberia y tuberia alargada. |
| RU2677200C1 (ru) * | 2017-12-27 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) | Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Review of automated fibre placement and its prospects for advanced composites | |
| US11897191B2 (en) | Lattice reinforced radius filler | |
| US5888608A (en) | Composite grid/frame structures | |
| AU2014344811B2 (en) | Method for fabricating an object | |
| AU2001287206B2 (en) | Composite material support structures with sinusoidal webs and method of fabricating same | |
| KR20110002009A (ko) | 복합재 구조의 강화를 위한 프리폼과 이의 제조방법 | |
| CN103857508A (zh) | 轻质柔性心轴及其制造方法 | |
| CN102548741A (zh) | 使用预堆叠的多方向连续纤维叠层模制复杂复合部件的方法 | |
| EP2636517B1 (en) | Composite structure and methods of assembling same | |
| RU196398U1 (ru) | Фитинг для соединения труб из композиционных материалов | |
| Omrani et al. | Multi-scaled modeling the mechanical properties of tubular composites reinforced with innovated 3D weft knitted spacer fabrics | |
| Khaliulin et al. | Analysis of innovative methods application for production of composite integral parts | |
| Ng et al. | Design, analysis, manufacture, and test of shallow water pressure vessels using e-glass/epoxy woven composite material for a semi-autonomous underwater vehicle | |
| León-Becerra et al. | Mechanical characterization of additive manufacturing composite parts | |
| Khaliulin et al. | Hyperbolic Paraboloid for a Ruled Preform of an X-Fitting: Calculation of Parameters | |
| Nuss et al. | Spherically curved woven fabrics-shaping on the loom | |
| Jiang et al. | Advanced Grid Structure-Reinforced Composites | |
| RU2629487C2 (ru) | Способ изготовления фитинга из слоистого композиционного материала. | |
| CN112571824B (zh) | 一种基于rtm成型复合材料纵横加筋框型结构的铺层方法 | |
| RU77842U1 (ru) | Балка пола самолета из полимерных композиционных материалов | |
| RU2823890C1 (ru) | Способ создания композитной двутавровой балки на базе 3d-преформы с цельноткаными отверстиями | |
| Born et al. | Semi-automated braiding of complex, spatially branched FRP-structures | |
| CN110614778A (zh) | 一种防热-隔热-承载组合式一体化预制体结构及数字化成形工艺 | |
| RU2818055C1 (ru) | Способ создания композитного углового соединительного элемента на базе цельнотканой 3d преформы с переменой структуры армирования | |
| RU219979U1 (ru) | Конструкционная многослойная тканая преформа интегральной панели летательного аппарата |