RU199953U1

RU199953U1 - Устройство для передачи нагрузок

Info

Publication number: RU199953U1
Application number: RU2020119467U
Authority: RU
Inventors: Станислав Эдуардович Беликов; Дмитрий Вячеславович Ведерников; Евгений Иванович Крючков; Иван Владимирович Марескин; Юрий Сергеевич Миргородский; Виктор Павлович Фомин; Александр Николаевич Шаныгин
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2020-09-29

Abstract

Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных конструкций из полимерных композиционных материалов, в частности стержневых узлов (отдельные подкосы и распорки) и ферменных агрегатов авиационных конструкций. Также может применяться в конструкциях зданий, мостов, опор линий электропередач и т.д.В конструкции устройства для передачи нагрузок можно выделить несколько основных частей: изготовленный намоткой волокнистого материала корпус, фитинги, сцепляющие участки.Корпус устройства может иметь как сетчатую топологию, так и выполнен трубчатым.Фитинг на сцепляющей части имеет каналы, которые расположены вдоль линий пересечения поверхности с секущими плоскостями, направленными под углом к оси фитинга, близким к углу укладки волокон корпуса, в которых размещены волокна композиционного материала.Техническим результатом является высокая весовая эффективность устройства для передачи нагрузок при обеспечении длительной прочности и высокой технологичности производства.Технический результат достигается за счет рационального выбора параметров укладки волокон в корпусе устройства, а также обеспечения передачи усилия от фитинга к корпусу и обратно за счет контакта сравнимых по прочностным и жесткостным характеристикам волокон и материала фитинга.

Description

Полезная модель относится к области композитных конструкций и касается высоконагруженных конструкций из полимерных композиционных материалов, в частности стержневых узлов (отдельные подкосы и распорки) и ферменных агрегатов авиационных конструкций. Также может применяться в конструкциях зданий, мостов, опор линий электропередач и т.д.

Известно устройство для передачи нагрузок, содержащее изготовленный из композиционного материала корпус, соединенный с двумя фитингами посредством их сцепляющих участков (Патент РФ №2292490, МПК F16B 7/00, F16L 13/10, F16L 25/06, B64G 1/22, ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева», 09.03.2005). В устройстве такого типа передача усилий от фитингов к корпусу осуществляется через болтовое соединение. Такое соединение способно передавать большие усилия. Однако, в силу того, что в нем связующее корпуса, которое обладает низкими относительными прочностными и жесткостными характеристиками, находится между прочными и жесткими углеродными волокнами и материалом фитинга, а также из-за того, что площадь контакта, через который передается усилие, очень мала, связующее в таком соединении нагружено большими сминающими напряжениями, в результате ресурсные характеристики такого устройства для передачи нагрузок являются очень низкими.

Известно устройство для передачи нагрузок, наиболее близкое по конструктивным признакам к предлагаемой полезной модели и принятое за прототип, состоящее из изготовленного намоткой волокнистого композиционного материала корпуса, соединенного концами с двумя фитингами посредством их сцепляющих участков (Патент РФ №2550780, МПК F16C 3/02, В29С 70/30, В29С 70/86, Мессье-Доути Лимитед (GB), Мессье-Бугатти-Доути (FR), 26.08.2009), которая, в силу значительно большей площади контакта корпуса и сцепляющего устройства фитинга обладает лучшими ресурсными характеристиками, чем описанный выше аналог.

Недостатком прототипа является то, что волокна в изготовленном из волокнистого композиционного материала корпусе изогнуты в зоне сцепляющего участка, что приводит к появлению концентраций напряжений в связующем, обладающем более низкими прочностными свойствами относительно волокон, и не позволяет максимально использовать высокие прочностные свойства волокон.

Еще одним недостатком прототипа является то, что его корпус очень сложно изготовить непрерывной намоткой волокон. Это приводит к сложному процессу автоматизации изготовления устройства, что увеличивает трудоемкость и стоимость его производства.

Описанные выше свойства прототипа не позволяют применить его в ответственных силовых серийных конструкциях с высоким потребным ресурсом, таких, как несущие узлы и агрегаты гражданских самолетов, мостов, зданий и т.д., так как для этих конструкций наиболее остро стоят вопросы безопасности и экономичности производства и эксплуатации.

Техническим результатом является высокая весовая эффективность устройства для передачи нагрузок, при обеспечении длительной прочности и высокой технологичности производства.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для передачи нагрузок, содержащем изготовленный намоткой волокнистого композиционного материала корпус, соединенный концами с двумя фитингами посредством их сцепляющих участков, корпус изготовлен непрерывной намоткой волокон, сцепляющий участок, как минимум, одного фитинга имеет каналы вдоль линий пересечения поверхности с секущими плоскостями, направленными под углом к оси фитинга, близким к углу укладки волокон корпуса, и в указанных каналах размещены волокна композиционного материала.

Угол укладки волокон в корпусе может находиться в диапазоне от 85° до 5° относительно продольной оси корпуса. Корпус устройства может иметь сетчатую топологию или быть выполнен трубчатым.

На фиг. 1 изображено устройство для передачи нагрузки, корпус которого имеет сетчатую топологию.

На фиг. 2 изображено устройство для передачи нагрузки, корпус которого выполнен трубчатым.

На фиг. 3 изображен фитинг устройства для передачи нагрузок, корпус которого имеет сетчатую топологию.

На фиг. 4 изображен фитинг устройства для передачи нагрузок, корпус которого выполнен трубчатым.

В конструкции устройства для передачи нагрузок (фиг. 1 и 2) можно выделить несколько основных частей:

изготовленный намоткой волокнистого материала корпус;

фитинги;

сцепляющие участки.

Корпус устройства 1 может иметь как сетчатую топологию (фиг. 1), так и выполнен трубчатым (фиг. 2).

Фитинг (фиг. 3 и 4) на сцепляющей части имеют каналы (под каналом подразумевается желобок) 4, которые расположены вдоль линий пересечения поверхности с секущими плоскостями, направленными под углом к оси фитинга, близким к углу укладки волокон корпуса, в которых размещены волокна композиционного материала.

Устройство работает следующим образом. Передача нагрузок осуществляется между фитингами 2 через корпус устройства 1. Укладка армирующих волокон в корпусе производится в зависимости от характера передаваемых нагрузок в диапазоне от 85° до 5° относительно продольной оси корпуса. Таким образом, достигается оптимальное, с точки зрения весовой эффективности, использование силового материала. Также положительное влияние на весовую эффективность оказывает возможность выбора типа корпуса устройства: трубчатого или с сетчатой топологией в зависимости от характера нагрузки и конструкционных ограничений.

Соединение корпуса и, по крайней мере, одного фитинга обеспечивается за счет укладки волокон корпуса в каналы 4 сцепляющей части 3 фитинга 2. Каналы расположены вдоль линий пересечения поверхности с секущими плоскостями, направленными под углом к оси фитинга, близким к углу укладки волокон корпуса. Такая геометрия каналов позволяет обеспечить укладку волокон в зоне стыка с изгибом преимущественно в одной плоскости, за счет чего обеспечивается нагружение композиционного материала сцепляющей части вдоль направления укладки волокон. Также описанная геометрия каналов и характер укладки волокна в них позволяет делать укладку волокон с большой долей волокон, и обеспечить нагружение связующего сжатием, которому оно сопротивляется лучше, чем сдвигу, за счет которого передаются усилия в прототипе. За счет описанных эффектов передача нагрузки от фитинга к корпусу и обратно будет обеспечиваться за счет контакта прочных волокна и материала фитинга, а также, в меньшей степени, за счет сжатия связующего, за счет чего становится возможным передавать значительные нагрузки, при обеспечении длительной прочности соединения. Также геометрия каналов позволяет изготавливать устройства для передачи нагрузок с использованием технологии непрерывной намотки, что снижает трудо- и времязатраты на его производство.

Основными преимуществами предлагаемой конструкции устройства для передачи нагрузок являются:

высокая весовая эффективность корпуса устройства,

возможность передачи значительных усилий при обеспечении длительной прочности,

высокая технологичность производства.

Технический результат достигается за счет рационального выбора параметров укладки волокон в корпусе устройства, а также обеспечения передачи усилия от фитинга к корпусу и обратно за счет контакта сравнимых по прочностным и жесткостным характеристикам волокон и материала фитинга.

Claims

1. Устройство для передачи нагрузок, содержащее изготовленный намоткой волокнистого композиционного материала корпус, соединенный концами с двумя фитингами посредством их сцепляющих участков, отличающееся тем, что корпус изготовлен непрерывной намоткой волокон, сцепляющий участок, как минимум, одного фитинга имеет каналы вдоль линий пересечения поверхности с секущими плоскостями, направленными под углом к оси фитинга, близким к углу укладки волокон корпуса, и в указанных каналах размещены волокна композиционного материала.

2. Устройство для передачи нагрузок по п. 1, отличающееся тем, что угол укладки волокон в корпусе находится в диапазоне от 85° до 5° относительно продольной оси корпуса.

3. Устройство для передачи нагрузок по п. 1, отличающееся тем, что корпус имеет сетчатую топологию.

4. Устройство для передачи нагрузок по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен трубчатым.