RU203084U1

RU203084U1 - Складчатый заполнитель многослойной панели из листового материала

Info

Publication number: RU203084U1
Application number: RU2020126827U
Authority: RU
Inventors: Валентин Илдарович Халиулин; Алена Александровна Худова; Алексей Вячеславович Шабалов
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-03-22

Abstract

Полезная модель относится к области легких заполнителей многослойных панелей, применяемых в качестве радиопрозрачных укрытий радиотехнических средств, каркасов элементов космических аппаратов, в транспортных средствах и в строительстве. Складчатый заполнитель многослойной панели выполнен из листового материала и имеет двойную кривизну (Фиг. 1, а). Имеет структуру, разворачивающуюся на плоскость. Получается складыванием из листа по линиям разметки (Фиг. 1, б). Разметка выполнена в полярной системе координат. Координатная сетка этой системы координат образована координатными линиями в виде лучей (обозначены под буквой "αi" и окружностями (обозначенные буквами"rj"). Линии, по которым структура складывается из развертки, делятся на две группы: пилообразные "В", расположенные вдоль лучей разметки (Фиг. 1, б), и зигзагообразные "А" - ориентированные по окружностям координатных линий. Структура складчатого заполнителя образована типовыми фрагментами разного размера, но с одинаковой структурой. Типовой фрагмент заполнителя на промежуточном этапе трансформирования (Фиг. 1, в) состоит из шести четырехугольных граней, попарно объединенных в две боковые и расположенную между ними центральную пару граней. Центральная пара включает грани 1 и 2. Боковые включают грани 3, 4 и 5, 6 (Фиг. 1, в). На Фиг. 1, г представлен фрагмент заполнителя с типовой структурой в окончательно собранном виде. При этом каждая грань образована двумя продольными кромками, лежащими на лучах полярной системы координат αi-1, αi, αi+2и двумя поперечными кромками, образующими зигзагообразные линии. Узлы зигзагообразных линий лежат на концентрических окружностях rj+n, где n ∈ (-1,1) полярной системы координат (Фиг. 1, д).При трансформировании из плоского состояния развертки (Фиг. 1, б) структура переходит в конфигурацию заполнителя двойной кривизны (Фиг. 1, а) с заданными геометрическими параметрами.Полученный заполнитель имеет регулярную структуру. Регулярность структуры позволяет обеспечивать высокую точность изготовления заполнителя. В предложенном заполнителе все грани после изготовления остаются плоскими, что определяет высокую прочность панели. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области легких заполнителей многослойных панелей, применяемых в качестве радиопрозрачных укрытий радиотехнических средств, каркасов элементов космических аппаратов, в транспортных средствах и в строительстве.

Известен ячеистый заполнитель, состоящий из периодически повторяющихся чашеобразных типовых фрагментов. Этот заполнитель может быть уложен на поверхность с малой двойной кривизной (Самипур С.А. Математическая модель для определения модуля упругости ячеистого заполнителя типа «гипар» при сжатии // Молодой ученый. - 2015. - №23 (103). - С. 221-224.).

Данный заполнитель в исходном состоянии имеет плоскую поверхность блоков и расположение типовых элементов в ортогональной системе координат. Двойная кривизна придается в результате силового воздействия при укладке на криволинейную оправку.

Недостатками являются низкая точность поверхности из-за нерегулярного расположения типовых структурных элементов и как следствие низкая прочность соединения с обшивками. Кроме того, технологические напряжения, возникающие при укладке, снижают прочность панели.

Известен заполнитель складчатой структуры, укладывающийся на поверхность двойной кривизны. Его типовые фрагменты по одной огибающей поверхности имеют треугольные основания, а по другой - вершины пирамид. (Tomohiro Tachi, «Designing Freeform Origami Tessellations by Generalizing Resch's Patterns», [DOI: 10.1115/1.4025389], Journal of Mechanical Design 2013, Vol. 135).

Недостатками заполнителя являются: сложность структуры, обусловленная большой номенклатурой разных структурных элементов и, как следствие, низкая технологичность; невозможность регулярного расположения структурных элементов в полярной системе координат и, как следствие, низкая точность поверхности и низкая прочность соединения с обшивкой, так как площадь контакта структурных элементов по вершинам пирамид с обшивкой мала.

Известен складчатый заполнитель с типовым структурным фрагментом, имеющим четвертую степень осевой симметрии и плоскую форму поверхностей блока. (Khaliulin, V., Wang, Z., and Gershtein, E., Development of Composite Cellular Cores for Sandwich Panels Based on Folded Polar Quadra-Structures, J. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, vol. 33, no. 5, pp. 519-528.).

Данному заполнителю может быть придана форма двойной кривизны за счет силового изгибания на криволинейную оправку.

Недостатками являются: существенная депланация его граней, возникающая в процессе придания заполнителю двойной кривизны, что ведет к существенной потере прочности; заполнитель выполнен в ортогональной системе координат, поэтому в полярной системе его структурные элементы не могут располагаться ритмично и обеспечивать одинаковые механические характеристики по всему объему панели. Как следствие, заполнитель не обеспечивает панели высокую точность и прочность.

Известен заполнитель складчатой структуры из листового материала. (Халиулин В.И., Гимадиев Р.Ш., Марковцев В.А., Левшонков Н.В. Процесс оппозитного формообразования рельефных пластин складчатой структуры // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2019. Т. 18, №4. С. 169-182. DOI: 10.18287/2541-7533-2019-18-4-169-182).

Структура его типового фрагмента состоит из шести четырехугольных граней. Эти грани попарно объединены в две боковых и расположенную между ними центральную пару граней. Каждая грань образована двумя продольными кромками, лежащими на однонаправленных координатных линиях ортогональной системы координат и двумя поперечными кромками. Пары боковых граней сопрягаются по продольным кромкам с центральными гранями. Продольные кромки граней образуют пилообразные линии, а поперечные кромки образуют зигзагообразные линии заполнителя. Заполнитель имеет форму плоского блока.

Недостатками заполнителя являются:

- ограниченные возможности укладки плоских блоков на поверхность двойной кривизны, так как при изгибе на выпуклую поверхность он стремится принять седловидную форму, поэтому выкладка реализуется блоками малого размера;

- сильное искривление граней (депланация), что резко снижает механические характеристики;

- заполнитель не может быть выполнен с регулярной структурой, отвечающей расположению типовых фрагментов в узлах полярной координатной сетки, так как он сформирован в ортогональной системе координат. Таким образом, данный заполнитель не обеспечивает высокую точность поверхности, прочность соединения с обшивкой и прочность при сжатии и изгибе.

Данный заполнитель наиболее близок в заявляемой полезной модели и принят за прототип.

Проблемой является разработка и изготовление складчатого заполнителя многослойной панели с высокой прочностью и точностью поверхности двойной кривизны.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении точности поверхности двойной кривизны и прочности складчатого заполнителя многослойных панелей путем выбора структуры складчатого заполнителя по типу модифицированного зигзагообразного гофра и формирования этой структуры в полярной системе координат с расположением типовых фрагментов структуры в координатной сетке данной системы координат, что позволяет придавать заполнителю форму двойной кривизны сразу после завершения трансформирования из состояния развертки в конечную рельефную форму.

Технический результат достигается тем, что в складчатом заполнителе многослойной панели, структура типового фрагмента которого состоит из шести четырехугольных граней, попарно объединенных в две боковых и расположенную между ними центральную пару граней, при этом каждая грань образована двумя продольными кромками, лежащими на однонаправленных координатных линиях системы координат и двумя поперечными кромками, а пары боковых граней сопрягаются по продольным кромкам с центральными гранями, кроме того продольные кромки граней образуют пилообразные линии, а поперечные кромки образуют зигзагообразные линии заполнителя, новым является то, что складчатый заполнитель выполнен согласно развертке, отнесенной к полярной системе координат, с возможностью трансформирования в рельефный складчатый заполнитель с огибающими поверхностями двойной кривизны, при этом продольные кромки всех граней лежат на лучах координатной сетки, а узлы зигзагообразных линий располагаются на концентрических окружностях полярной системы координат.

Сущность полезной модели показана на Фиг. 1, где

Фиг. 1, а - складчатый заполнитель многослойной панели из листового материала;

Фиг. 1, б - часть развертки заполнителя, отнесенной к полярной системе координат и выделенная двумя лучами;

Фиг. 1, в - фрагмент заполнителя с типовой структурой на промежуточном этапе трансформирования;

Фиг. 1, г - фрагмент заполнителя с типовой структурой на окончательном этапе трансформирования;

Фиг. 1, д - развертка типового фрагмента заполнителя;

α_i - лучи координатной сетки полярной системы координат;

r_j - окружности координатной сетки полярной системы координат;

А - зигзагообразные линии структуры;

В - пилообразные линии структуры;

1, 2 - центральные грани типового фрагмента;

3, 4, 5, 6 - боковые грани типового фрагмента заполнителя.

m, n, k, l - точки, образующиеся путем пересечения кривой r_j с лучом α_i+2, кривой r_j+1 с лучом α_i+1, кривой r_j+3 с лучом кривой r_j+4 с лучом α_i+2 соответственно.

Складчатый заполнитель многослойной панели выполнен из листового материала и имеет двойную кривизну (Фиг. 1, а). Имеет структуру, разворачивающуюся на плоскость. Получается складыванием из листа по линиям разметки (Фиг. 1, б). Разметка выполнена в полярной системе координат. Координатная сетка этой системы координат образована координатными линиями в виде лучей (обозначены под буквой "α_j" и окружностями (обозначенные буквами"r_j").

Линии, по которым структура складывается из развертки, делятся на две группы: пилообразные "В", расположенные вдоль лучей разметки (Фиг. 1, б) и зигзагообразные "А" - ориентированные по окружностям координатных линий.

Структура складчатого заполнителя образована типовыми фрагментами разного размера, но с одинаковой структурой.

Типовой фрагмент заполнителя на промежуточном этапе трансформирования (Фиг. 1, в) состоит из шести четырехугольных граней, попарно объединенных в две боковых и расположенную между ними центральную пару граней. Центральная пара включает грани 1 и 2. Боковые включают грани 3, 4 и 5, 6 (Фиг. 1, в). На Фиг. 1, г представлен фрагмент заполнителя с типовой структурой в окончательно собранном виде. При этом каждая грань образована двумя продольными кромками, лежащими на лучах полярной системы координат α_i-1, α_i, α_i+l, α_i+2 и двумя поперечными кромками, образующими зигзагообразные линии. Узлы зигзагообразных линий лежат на концентрических окружностях r_j+n, где n ∈ (-1,1) полярной системы координат (Фиг. 1, д).

При трансформировании из плоского состояния развертки (Фиг. 1, б) структура переходит в конфигурацию заполнителя двойной кривизны (Фиг. 1, а) с заданными геометрическими параметрами.

Заполнитель может быть изготовлен из листового материала, включая металлические сплавы и композиционные материалы.

В отличие от всех аналогов и прототипов, которые имеют первоначально плоскую форму блока, а двойную кривизну приобретают в результате силового воздействия при укладке на оправку, предлагаемый заполнитель приобретает выпуклую форму при изготовлении. Поэтому в нем отсутствуют технологические напряжения, которые инициируют коробление панели.

Полученный заполнитель имеет регулярную структуру. Все его типовые структурные элементы располагаются в соответствии с координатной сеткой полярной системы координат. Грани, пилообразные и зигзагообразные линии одинаково ориентированы по лучам и окружностям системы координат.

Регулярность структуры позволяет обеспечивать высокую точность изготовления заполнителя, что имеет значение для антенн и других объектов радиотехнического назначения.

Регулярность заполнителя позволяет с высокой степенью точности проводить любые прочностные и другие (например, радиотехнические или термодеформационные) расчеты.

Кроме того, в предложенном заполнителе все грани после изготовления остаются плоскими, что определяет получение многослойной панели высокой прочности.

Claims

Складчатый заполнитель многослойной панели из листового материала, структура типового фрагмента которого состоит из шести четырехугольных граней, попарно объединенных в две боковые и расположенную между ними центральную пару граней, при этом каждая грань образована двумя продольными кромками, лежащими на однонаправленных координатных линиях системы координат и двумя поперечными кромками, а пары боковых граней сопрягаются по продольным кромкам с центральными гранями, кроме того, продольные кромки граней образуют пилообразные линии, а поперечные кромки образуют зигзагообразные линии заполнителя, отличающийся тем, что складчатый заполнитель выполнен согласно развертке, отнесенной к полярной системе координат, с возможностью трансформирования в рельефный складчатый заполнитель с огибающими поверхностями двойной кривизны, при этом продольные кромки всех граней лежат на лучах координатной сетки, а узлы зигзагообразных линий располагаются на концентрических окружностях полярной системы координат.