RU2112119C1 - Method of production of space cellular structure - Google Patents
Method of production of space cellular structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112119C1 RU2112119C1 RU94044069A RU94044069A RU2112119C1 RU 2112119 C1 RU2112119 C1 RU 2112119C1 RU 94044069 A RU94044069 A RU 94044069A RU 94044069 A RU94044069 A RU 94044069A RU 2112119 C1 RU2112119 C1 RU 2112119C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strips
- sections
- production
- adhesive
- faces
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к строительству, а именно к способам изготовления пространственных ячеистых структур или сетчатых конструктивных систем. The invention relates to the construction, and in particular to methods for manufacturing spatial cellular structures or mesh structural systems.
Это могут быть сотовые заполнители панелей, пространственные арматурные сетки, несущие строительные конструкции каркасов, покрытий, декоративные решетки. This can be cellular panel fillers, spatial reinforcing mesh, supporting building structures of frames, coatings, decorative grilles.
Известен способ образования криволинейной структуры по патенту [1], включающий нарезку полос, частичную одностроннюю намазку клеем участков в виде треугольников и трапеций, послойную укладку полос в пакет со сдвижкой клеевых участков в смежных слоях, раздвижку склеенного пакета с образованием криволинейной структуры, при этом вершины и узкие основания трапеций примыкают к одному краю полос и пакета. A known method of forming a curvilinear structure according to the patent [1], including cutting strips, partial one-sided glueing of areas in the form of triangles and trapezoid, layer-by-layer stacking of strips in a bag with a shift of adhesive sections in adjacent layers, sliding the glued package with the formation of a curvilinear structure, with the top and the narrow bases of the trapezoid are adjacent to one edge of the strips and package.
Недостатками этого способа являются ограниченные возможности формообразования структур и управления этим процессом, низкая жесткость создаваемых структур, повышение которой возможно лишь путем специальной их обработки, например, клеевыми составами. The disadvantages of this method are the limited possibilities of forming structures and controlling this process, the low rigidity of the created structures, the increase of which is possible only by special processing, for example, with adhesive compositions.
Наиболее близким к изобретению является патент США [2], включающий нарезку полос, частичную одностороннюю намазку их клеем с рисунком последовательно чередующихся клеевых участков и промежутков в форме скошенных треугольников (при постоянстве высоты полос-трапеций), послойную укладку в пакет со сдвижкой в смежных слоях и одинаковой ориентации рисунка, выдержку под давлением, раздвижку пакета растяжением на форме с фиксацией образованной структуры, например, при помощи пропитки или напыления клея с последующей сушкой, который принят за прототип. Closest to the invention is a US patent [2], including cutting strips, partially unilaterally smearing them with glue with a pattern of successively alternating adhesive sections and gaps in the shape of beveled triangles (with a constant height of the trapezoid strips), layering in a bag with a shift in adjacent layers and the same orientation of the picture, holding under pressure, expanding the bag by stretching on the form with fixing the formed structure, for example, by impregnating or spraying glue with subsequent drying, which is taken as rototype.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа - прототипа относятся ограниченные возможности формообразования пространственных структур и осуществимость этого процесса только на тонких полосах из мягкого и гибкого конструкционного материала (в виде тканей и пленок), что сужает их выбор и возможные области применения этого способа. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known prototype method include the limited possibilities of forming spatial structures and the feasibility of this process only on thin strips of soft and flexible structural material (in the form of fabrics and films), which narrows their choice and possible areas application of this method.
Кроме того, для придания жесткости и фиксации формы раздвинутой структуры требуется время для ее обработки клеевой композицией и последующей сушки. Способ обеспечивает формообразование сотовых структур только с поверхностями отрицательной гауссовой кривизны. Получение структуры с нулевой гауссовой кривизной возможно лишь при стремлении острого угла трапеции клеевого участка к 90o и принудительном искажении формы ячеек и структуры в целом, натягиваемых на оправку соответствующей формы.In addition, to give rigidity and fixation to the shape of the extended structure, it takes time for it to be treated with the adhesive composition and subsequent drying. The method provides the shaping of cellular structures only with surfaces of negative Gaussian curvature. Obtaining a structure with zero Gaussian curvature is possible only when the acute angle of the trapezoid of the adhesive section tends to 90 o and the forced distortion of the shape of the cells and the structure as a whole, stretched on a mandrel of the corresponding shape.
Таким образом, известный способ в силу определенности рисунка клеевых участков и промежутков между ними имеет однозначный механизм раздвижки пакета растяжением. Всякая же попытка изменить или отклониться от заданного внутренней геометрией закона движения допустима лишь на мягком материале, имеющем внутренние степени свободы и тем самым исключающем разрушение, но качество полученной в результате этого структуры будет низким. Thus, the known method, due to the certainty of the pattern of adhesive sections and the gaps between them, has a unique mechanism for stretching the package. Any attempt to change or deviate from the law of motion specified by the internal geometry is permissible only on soft material having internal degrees of freedom and thereby excluding destruction, but the quality of the structure obtained as a result will be low.
Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей формообразования и диапазона применения способа при одновременном упрощении изготовлении пространственных сотовых структур. The technical result of the invention is the expansion of technological capabilities of shaping and the range of application of the method while simplifying the manufacture of spatial honeycomb structures.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления сотовых структур, включающем нарезку полос, частичную одностороннюю намазку их клеем, послойную укладку полос в пакет со сдвижкой клеевых участков в смежных слоях, выдержку под давлением, раздвижку пакета растяжением с фиксацией формы образованной криволинейной сотовой структуры, пакет собирают из четного числа полос с ориентацией клеевых участков в виде треугольников и/или трапеций вершинами и/или узкими основаниями наружу, раздвигают на поверхности вращения растягивающими силами, направленными по касательным к окружности, намазывают клеем, по меньшей мере, с одной из растягиваемых сторон, совмещают и приклеивают к другой или жестко соединяют другими известными способами. The technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method of manufacturing honeycomb structures, including cutting strips, partially unilaterally smearing them with glue, layer-by-layer laying of strips in a bag with a shift of adhesive sections in adjacent layers, holding under pressure, stretching the bag with stretching to fix the shape formed curvilinear honeycomb structure, the package is collected from an even number of strips with the orientation of the adhesive sections in the form of triangles and / or trapezoids with their peaks and / or narrow bases outward, times Vig surface rotation tensile forces directed tangentially to the circumference of the adhesive plaster, at least one of the sides of stretch superposed and glued to the other or fixedly connected by other known methods.
Кроме того, особенность способа заключается в том, что полосы предварительно перфорируют по наклонным сечениям, вдоль линий предлагаемых изгибов, делящих плоскость полос на треугольные и/или трапецеидальные участки, а при послойной укладке их в пакет совмещают соосные отверстия. In addition, a feature of the method lies in the fact that the strips are pre-punched along inclined sections along the lines of the proposed bends, dividing the plane of the strips into triangular and / or trapezoidal sections, and when layered, they are aligned with coaxial holes.
Помимо этого особенность способа заключается еще в том, что полосы предварительно гофрируют с треугольными и/или трапецеидальными гранями, повернутыми относительно друг друга в соответствии с заданной кривизной структуры, послойно укладывают, совмещают равновеликие грани и жестко соединяют между собой в местах контакта граней известными способами с образованием ячеистого пакета, после чего растягивают и закрепляют на жестком контуре. In addition, a feature of the method lies in the fact that the strips are pre-corrugated with triangular and / or trapezoidal faces rotated relative to each other in accordance with a given curvature of the structure, layered in layers, combine equal faces and rigidly interconnect at the points of contact of the faces by known methods with the formation of a mesh bag, after which it is stretched and fixed on a rigid circuit.
Существенное отличие предлагаемого способа изготовления заключается в иной форме намазанных клеем участков полос, в частности треугольной, благодаря которой при раздвижке пакета образуется сотовая структура с составной поверхностью второго порядка. Форма и размеры граней ячейки структуры зависят от принятой формы и размеров клеевых участков, а также от формы и размеров трапециевидных промежутков, оставленных между ними. Длины оснований треугольников и/или трапеций определяют размеры и вид элементарной ячейки с каждой из сторон структуры. Кривизна пространственной сотовой структуры является естественным внутренним свойством конструкции, вследствие чего отпадает необходимость в принудительном ее изгибании. A significant difference of the proposed manufacturing method lies in a different form of strip sections smeared with glue, in particular triangular, due to which a honeycomb structure with a second-order composite surface is formed when the packet is extended. The shape and dimensions of the faces of the cell structure depend on the accepted shape and size of the adhesive sections, as well as on the shape and size of the trapezoidal gaps left between them. The base lengths of triangles and / or trapezoids determine the size and type of unit cell on each side of the structure. The curvature of the spatial honeycomb structure is a natural internal property of the structure, as a result of which there is no need to force it to bend.
Клеевые участки полос могут быть не только в виде трапеций, но и/или треугольной формы, причем полосы с разными рисунками в отдельных слоях могут соединяться в общий пакет, располагаясь в нем поочередно. Благодаря этому при раздвижке пакета растяжением образуется сотовая структура, отличного от прототипа строения, имеющая различную конфигурацию ячеек и сеток с наружной и внутренней сторон. The adhesive sections of the strips can be not only in the form of trapezoids, but also / or triangular in shape, and strips with different patterns in separate layers can be connected into a common package, located in it alternately. Due to this, when the bag is pulled apart by stretching, a honeycomb structure is formed that is different from the prototype structure, having a different configuration of cells and grids from the outer and inner sides.
Так, при гексагональной наружной сети внутренняя сеть может быть гексагональной (как в прототипе, когда все клеевые участки в форме трапеций), а также с четырехугольной (когда все клеевые участки в форме треугольников) и смешанной формами ячеек (когда чередуются клеевые участки в форме трапеций и треугольников). Треугольные клеевые участки менее материалоемки по расходу клея и дают дополнительные возможности по управлению одной из кривизн структуры, так как вершина треугольного клеевого участка и в раздвинутой структуре останется точкой, а не прямой линией, размещение которой на криволинейной поверхности требует больше места. So, with a hexagonal external network, the internal network can be hexagonal (as in the prototype, when all the adhesive areas are in the shape of a trapezoid), as well as with a quadrangular (when all the adhesive areas are in the form of triangles) and mixed cell shapes (when the adhesive areas in the shape of a trapezoid alternate and triangles). Triangular glue sections are less material-consuming in terms of glue consumption and provide additional opportunities for controlling one of the curvatures of the structure, since the top of the triangular glue section and in the extended structure will remain a point, and not a straight line, the placement of which on a curved surface requires more space.
Другое существенное отличие связано с конструктивным исполнением полос. Если реализация прототипа возможна лишь для мягких и тонких материалов (ткани, пленки), имеющих малый модуль упругости, то в заявленном объекте выбор конструкционных материалов расширен за счет предварительного перфорирования и гофрирования полос. Причем для гибких и жестких полос из упруго-пластического материала можно показать связь между толщиной δ и физико-механическими свойствами, например, на основе второй теории прочности, постулирующей в качестве критерия величину предельной относительной деформации ε . Another significant difference is associated with the design of the strips. If the implementation of the prototype is possible only for soft and thin materials (fabric, film) having a small modulus of elasticity, then in the claimed object the choice of structural materials is expanded due to preliminary perforation and corrugation of the strips. Moreover, for flexible and rigid strips of an elastic-plastic material, it is possible to show the relationship between the thickness δ and physicomechanical properties, for example, on the basis of the second theory of strength, which postulates as a criterion the value of ultimate relative strain ε.
Так, упругая относительная деформация ε при изгибе полосы равна
ε = z/ρ,
где
z - расстояние от нейтральной оси полосы до рассматриваемого волокна,
zmax= δ/2 - половина толщины полосы;
ρ - радиус кривизны в месте изгиба полосы;
ρ = S/ν - отношение технологической длины дуги s, зависящей от типа и жесткости соединения полос, к центральному углу загиба ν.Thus, the elastic relative deformation ε during bending of the strip is
ε = z / ρ,
Where
z is the distance from the neutral axis of the strip to the fiber in question,
z max = δ / 2 - half the thickness of the strip;
ρ is the radius of curvature at the bend of the strip;
ρ = S / ν is the ratio of the technological length of the arc s, depending on the type and rigidity of the strip connection, to the central angle of the bend ν.
Вместе с тем предельная деформация ε может быть оценена через прочность R и модуль упругости E так: ε = R/E.
Тогда для такой полосы можно установить связь между толщина δ и физико-механическими свойствами материала в виде соотношения
δ ≤ 2SR/(νE),
а отсюда и с величиной внешней нагрузки q. С другой стороны, значение погонной растягивающей силы q ограничивается прочностью R0 соединений полос
q = RoΣAi/L,
где
q - погонная растягивающая сила;
Ai - площадь i-го клеевого участка или участка взаимного соединения полос;
L - длина полосы.At the same time, the ultimate strain ε can be estimated through the strength R and the elastic modulus E as follows: ε = R / E.
Then, for such a strip, it is possible to establish a relationship between the thickness δ and the physicomechanical properties of the material in the form of a relation
δ ≤ 2SR / (νE),
and hence the magnitude of the external load q. On the other hand, the value of the linear tensile force q is limited by the strength R 0 of the strip joints
q = R o ΣA i / L,
Where
q - linear tensile force;
A i - the area of the i-th adhesive section or section of the mutual connection of strips;
L is the length of the strip.
Таким образом, эти соображения позволяют установить значение требуемой внешней растягивающей нагрузки в зависимости от физико-механических свойств материала и прочности взаимного соединения полос. Как известно, работа клеевого соединения на отрыв является самой неблагоприятной, что сужает технологические возможности реализации способа, описанного в прототипе, только на мягких материалах. Thus, these considerations make it possible to establish the value of the required external tensile load depending on the physicomechanical properties of the material and the strength of the mutual connection of the strips. As you know, the work of the adhesive connection to the gap is the most unfavorable, which limits the technological capabilities of the method described in the prototype, only on soft materials.
В предлагаемом объекте эти технологические ограничения преодолеваются различными приемами. В частности, сочетанием клея с другими известными средствами и способами соединения, иным конструктивным исполнением полос. Одно из предлагаемых решений - это изготовление полос перфорированными. Предварительное перфорирование плоских прямолинейных полос по линиям ожидаемых изгибов, делящих плоскость полос на участки треугольной и/или трапецеидальной формы, например, с помощью просечки, локально ослабляет ее наклонные сечения и тем самым предопределяет и упрощает изгиб жестких полос при растяжении пакета. Кроме того, наличие сквозных и соосных во всех полосах отверстий упрощает сборку пакета, обеспечивая постоянство толщины структуры, точное соотношение совмещаемых участков и исключая случайные перекосы слоев. Перфорация сечения полосы не должна затрагивать краев, а допустимое ослабление сечений следует согласовывать с характером силовой работы структуры и обосновывать прочностным расчетом. In the proposed facility, these technological limitations are overcome by various techniques. In particular, a combination of glue with other well-known means and methods of joining, another design of the strips. One of the proposed solutions is the manufacture of perforated strips. The preliminary perforation of flat rectilinear strips along the lines of expected bends, dividing the plane of the strips into sections of a triangular and / or trapezoidal shape, for example, by means of a notch, locally weakens its inclined sections and thereby determines and simplifies the bending of hard strips when the package is stretched. In addition, the presence of through holes and coaxial holes in all stripes simplifies the assembly of the bag, ensuring a constant thickness of the structure, an exact ratio of the combined sections and eliminating accidental distortions of the layers. Perforation of the strip section should not affect the edges, and the allowable weakening of the sections should be coordinated with the nature of the power work of the structure and justified by strength calculation.
В другом варианте существенное отличие предлагаемого способа выражается в предварительном гофрировании полос с образованием объемноформованных криволинейных и волнообразных заготовок, имеющих грани в форме трапеций и/или треугольников, повернутых относительно друг друга на угол, зависящий от заданной структуры кривизны. Криволинейность формы гофрированных полос (начальная кривизна продольной оси) существенно отличает ее от известных гофрированных полос с прямолинейной продольной осью. Технология изготовления сот из профилированных лент с прямолинейной осью описана и проиллюстрирована, например, в книге Панина В. Ф., Гладкова Ю. А. Конструкции с заполнителем. Справочник. М.: Машиностроение, 1991, рис. 1.31, с. 24 - 25). В предлагаемом объекте получение ячеистого пакета достигается в результате совмещения равновеликих граней однотипных полос, что возможно только при сдвижке смежных слоев. Искривленность продольной оси лишает гофрированные полосы свойства зеркальной симметрии, поэтому при совмещении равновеликих граней гофр происходит сдвижка полос в смежных слоях. Для того, чтобы исключить сдвижку полос в смежных слоях потребовалось бы использовать зеркально симметричные полосы двух типоразмеров, что усложнило бы изготовление. Гофрированные полосы при послойной укладке совмещают равновеликими гранями друг с другом и жестко соединяют, например, при помощи механических связей (болтов, винтов, заклепок и т.д.) или сварки, чему благоприятствует ячеистость и открытость пакета. Использование клея в комбинации с механическими связями или сваркой повышает надежность и технологическую готовность соединения. Ячеистость пакета расширяет технологические возможности по взаимному объединению полос, открывая доступ к обеим сторонам участков соединения еще на стадии сборки. Предварительное гофрирование полос позволяет точно отформовать грани ячеек структуры, а раздвижка ячеистого пакета требует меньших затрат энергии и времени и направлена лишь на окончательную доводку формы структуры, фиксируемой на жестком контуре. In another embodiment, a significant difference of the proposed method is expressed in the preliminary corrugation of the strips with the formation of body-shaped curved and wavy blanks having faces in the form of trapezoids and / or triangles, rotated relative to each other by an angle depending on the given structure of curvature. The curvature of the shape of the corrugated strips (the initial curvature of the longitudinal axis) significantly distinguishes it from the known corrugated strips with a rectilinear longitudinal axis. The manufacturing technology of honeycombs from profiled tapes with a straight axis is described and illustrated, for example, in the book by Panin V.F., Gladkov Yu.A. Structures with a filler. Directory. M .: Engineering, 1991, Fig. 1.31, p. 24 - 25). In the proposed facility, obtaining a mesh packet is achieved by combining equal faces of the same type of bands, which is possible only with a shift of adjacent layers. The curvature of the longitudinal axis deprives the corrugated stripes of the mirror symmetry property, therefore, when the equal sides of the corrugations are combined, the bands are shifted in adjacent layers. In order to exclude the shift of strips in adjacent layers, it would be necessary to use mirror-symmetric strips of two sizes, which would complicate the manufacture. Corrugated strips during layering are combined with equal faces with each other and rigidly connected, for example, by mechanical connections (bolts, screws, rivets, etc.) or welding, which is favored by the cellularity and openness of the bag. The use of glue in combination with mechanical bonds or welding increases the reliability and technological readiness of the connection. Cellularity of the package expands the technological possibilities for the mutual association of the bands, opening up access to both sides of the connection sections at the assembly stage. Preliminary corrugation of the strips allows you to accurately shape the faces of the cells of the structure, and the expansion of the mesh package requires less energy and time and is aimed only at the final refinement of the shape of the structure, fixed on a rigid contour.
Другое существенное отличие предлагаемого способа заключается в частном количестве собираемых в пакет полос. Раздвижка такого пакета на поверхности вращения растягивающими силами, приложенными к крайним полосам и направленными по касательной к окружности, завершающаяся совмещением и жестким соединением соответствующих участков крайних полос, позволяет сохранить регулярную форму структуры, образованную из однотипных полос. В этом случае поверхность вращения играет роль направляющей и важна для образования структуры заданной геометрической формы. Например, при общем числе граней ячейки, равном шести, по этой технологии будет получен однополостный гиперболоид вращения. Another significant difference of the proposed method lies in the private number of strips collected in a package. The expansion of such a package on the surface of rotation by tensile forces applied to the extreme strips and directed tangentially to the circle, ending with the combination and rigid connection of the corresponding sections of the extreme strips, allows you to maintain a regular shape of the structure formed from the same bands. In this case, the surface of rotation plays the role of a guide and is important for the formation of a structure of a given geometric shape. For example, with a total number of cell faces equal to six, this technology will produce a single-cavity rotation hyperboloid.
Таким образом, четное число полос в пакете обеспечивает сохранение регулярности и однородности структуры. Такую жесткую структуру можно досрочно снимать с поверхности вращения, освобождая место для раздвижки нового пакета полос. Следует, однако, заметить, что при снятии структуры с поверхности вращения произойдет некоторое сокращение ее частей и сопутствующее ему изменение формы, вызванные падением уровня предварительного напряжения. В зависимости от формы, размеров и числа составляющей ячейки в заявленном объекте можно получать поверхности в широком диапазоне значения гауссовых кривизн. Thus, an even number of bands in a packet ensures the regularity and uniformity of the structure. Such a rigid structure can be prematurely removed from the surface of rotation, making room for the expansion of a new package of strips. However, it should be noted that when the structure is removed from the surface of rotation, some reduction of its parts and the accompanying change in shape will occur, caused by a drop in the level of prestress. Depending on the shape, size and number of the cell component in the claimed object, it is possible to obtain surfaces in a wide range of Gaussian curvatures.
Кривизна сотовой структуры является естественным ее внутренним свойством, заложенным в конструкции полос и участков их взаимного соединения, поэтому почти полностью отпадает необходимость в принудительном ее изгибе. The curvature of the honeycomb structure is its natural intrinsic property embedded in the design of the strips and sections of their mutual connection, therefore, its bending is almost completely unnecessary.
Итак, новые признаки заявленного способа расширяют возможности создания новых форм пространственных сотовых структур и отвечают требованиям "новизна" и "изобретательский уровень". So, the new features of the claimed method expand the possibilities of creating new forms of spatial cellular structures and meet the requirements of "novelty" and "inventive step".
На фиг. 1 изображен способ изготовления пространственной сотовой структуры на стадиях намазки полос клеем и сборки пакета; на фиг. 2 изображен вариант способа изготовления пространственной сотовой структуры на стадии послойной сборки пакета из предварительно перфорированных полос; на фиг. 3 изображен вариант способа изготовления структуры из предварительно гофрированных полос, который может рассматриваться также и как стадия раздвижки пакета силами растяжения, приложенными к крайним полосам; на фиг. 4, а и б изображены геометрические характеристики частного случая полосы до и после ее деформирования (эта фигура позволяет установить взаимосвязь между кривизнами структуры, размерами граней и объемной формой гофрированной или растянутой в пакете полосы); на фиг. 5 изображен способ изготовления пространственной сотовой структуры, раздвигаемой на поверхности вращения. In FIG. 1 shows a method for manufacturing a spatial honeycomb structure at the stages of smearing the strips with glue and assembling the bag; in FIG. 2 shows a variant of a method for manufacturing a spatial honeycomb structure at the stage of layer-by-layer assembly of a packet from pre-perforated strips; in FIG. 3 depicts a variant of a method of manufacturing a structure from pre-corrugated strips, which can also be considered as a stage of expansion of a packet by tensile forces applied to the extreme strips; in FIG. 4, a and b show the geometric characteristics of a particular case of the strip before and after its deformation (this figure allows you to establish the relationship between the curvature of the structure, the size of the faces and the volumetric shape of the corrugated or stretched strip in the package); in FIG. 5 shows a method for manufacturing a spatial honeycomb structure expandable on a surface of revolution.
На фиг. 1 представлены две стадии изготовления пространственной структуры. На первой стадии прямолинейные полосы 1 с одной из сторон намазывают клеем на участках 2 и 3, имеющих форму трапеций и/или треугольников. Вместе с тем участки 2 и 3 могут рассматриваться и как участки взаимного соединения полос другими известными способами. Узкие основания трапециевидных участков 2 и вершины треугольных участков 3 примыкают к одному из краев и расположены по длине полос 1 с одинаковым шагом s. Шаг клеевых участков может быть и переменным. Промежутки между клеевыми участками на каждой полосе 1 имеют форму трапеций. Участки взаимного соединения полос 2 и 3 могут иметь различный, но послойно повторяющийся в пакете рисунок, например, в одном слое он будет образован чередующимися треугольниками, а в другом слое будет состоять из чередующихся трапеций. Варьирование шагом и размерами трапецеидальных и/или треугольных участков 2 и 3 позволяет целенаправленно управлять кривизнами поверхности сотовой структуры. Полосы 1 послойно собраны в пакет 4, при этом участки с клеевым покрытием 2 и 3 в смежных полосах 1 смещены по отношению друг к другу на полшага - s/2. In FIG. 1 shows two stages of manufacturing a spatial structure. In the first stage,
На фиг. 2 изображен еще один вариант способа изготовления, в котором полосы предварительно перфорируют по линиям ожидаемых изгибов. Перфорация 5, произведенная по наклонным сечениям, делит плоскость полосы 1 на отдельные участки треугольной и/или трапецеидальной формы, часть из которых (2 и 3) служит для взаимного соединения полос, а другая - трапецеидальной формы - интервалом. Наличие во всех полосах однотипных сквозных и соосных отверстий 5 значительно повышает точность и упрощает послойную сборку. Сбору полос 1 ведут совмещением отверстий 5, например нанизывая полосы 1 на направляющие стержни-тяжи. Эти стержни-тяжи можно использовать и для запрессовки пакета при склеивании полос. Вместе с тем, взаимное соединение полос по заштрихованным участкам склеивания 2 и 3 может быть дополнено любым другим известным способом, например, посредством механических связей или сварки. Перфорация 5 не должна затрагивать краев полосы 1. Локальное ослабление наклонных, а не поперечных сечений полосы 1 является более выгодным в конструктивном смысле решением, поскольку расширяет возможности по размещению отверстий в более прочных и жестких ее сечениях. Кроме того, перфорация 5 целенаправленно предопределяет место будущих изгибов полос 1. После склеивания или иного (например, комбинированного) взаимного соединения полос 1 (по фиг. 1 и 2) пакет 4 растягивают силами, приложенными к крайним полосам 1. При раздвижке пакета 4 образуется пространственная сотовая структура с подобными или различными формами сеток с наружной и внутренней сторон. In FIG. 2 shows another embodiment of a manufacturing method in which strips are pre-perforated along the lines of expected bends.
Так, при гексагональной сетке снаружи структуры внутренняя сеть может быть:
четырехугольной (когда все клеевые участки треугольной формы);
гексагональной (когда все клеевые участки в виде трапеций);
комбинированной (когда последовательно чередуются клеевые участки в форме трапеций и треугольников).So, with a hexagonal grid outside the structure, the internal network can be:
quadrangular (when all adhesive sections are triangular in shape);
hexagonal (when all adhesive areas are in the form of trapezoids);
combined (when glue patches in the form of trapezoids and triangles alternate sequentially).
При общем числе граней ячейки, равном шести, образуется структура с составной поверхностью отрицательной гауссовой кривизны (фиг. 3). Грани ячеек имеют форму треугольников или трапеций, последовательно соединенных общими боковыми сторонами. Чередующиеся основания трапеций и/или треугольников определяют размеры сторон элементарной ячейки структуры. With a total number of cell faces equal to six, a structure is formed with a composite surface of negative Gaussian curvature (Fig. 3). The faces of the cells are in the form of triangles or trapezoids, connected in series by common lateral sides. The alternating bases of the trapezoid and / or triangles determine the sizes of the sides of the unit cell of the structure.
На фиг. 3 изображена стадия раздвижки пакета 4, собранного по технологии фиг. 1 и 2. Растягивающие силы прикладывают к пакету 4 через крайние полосы 1, при этом развертывание структуры происходит по криволинейной траектории, соответствующей форме создаваемой поверхности. In FIG. 3 shows the stage of sliding of the
Фиг. 3 можно одновременно рассматривать и как способ изготовления, в котором ячеистый пакет 4 собирают из предварительно гофрированных полос 1, грани которых выполнены в форме треугольников и/или трапеций. В этом смысле фиг. 3 представляет частный случай такого гофрирования, так как все грани гофр имеют вид трапеций. Предварительно гофрированные полосы 1 имеют в целом криволинейную, волнообразную, складчатую объемную форму. Кривизна полос и структуры определяются параметрами гофрирования - формой и размерами граней, углами поворота граней относительно друг друга. Границами членений полос на треугольники и/или трапеции служат места предполагаемых гибов гофр. Ячеистый пакет образуется при послойной сборке гофрированных полос 1 путем совмещения и жесткого соединения равновеликих граней. Отсутствие зеркальной симметрии у предварительно гофрированных полос 1 требует в ходе сборки пакета их взаимной сдвижки в смежных слоях. Жесткое соединение равновеликих граней склеиванием может быть дополнено любым известным способом. Раздвижка такого пакета 4 упрощается и заканчивается тем, что преднапряженную растяжением замкнутую структуру дополнительно закрепляют и фиксируют на жестком контуре. Упрощение технологии сводится к более точному оформлению ячеек структуры, уменьшению энергозатрат при раздвижке, применению более жестких полос 1. Основной же целью раздвижки в этом варианте является доводка конечной формы структуры за счет взаимной пригонки при совместном деформировании одинаково гофрированных полос 1. FIG. 3 can be simultaneously considered as a manufacturing method in which the
На фиг. 4 изображена полоса 1 до и после деформирования с принятыми обозначениями наиболее характерных размеров. Пользуясь этими обозначениями, покажем, как связаны главные кривизны характерного сечения пространственной сотовой структуры (горловины гипара) после раздвижки с геометрическими параметрами этого частного случая гофрирования полос 1. Из несложных геометрических выкладок получим:
Здесь
R1, R2 - главные радиусы кривизны составной поверхности; а, a1, b, b1 - размеры граней ячейки; c - высота поперечного сечения полосы; h и h1 - параметры раздвижки граней полос; β,φ - центральные углы в плоскостях главных радиусов R1, R2; α - острый угол между стороной и нижним основанием трапеции; γ - угол поворота граней при гофрировании полос растяжением; t - фронтальная проекция грани с длиной основания трапеции b.Here
R 1 , R 2 - the main radii of curvature of the composite surface; a, a 1 , b, b 1 - the dimensions of the faces of the cell; c is the height of the cross section of the strip; h and h 1 are the parameters of the extension of the strip faces; β, φ are the central angles in the planes of the main radii R 1 , R 2 ; α is the acute angle between the side and the lower base of the trapezoid; γ is the angle of rotation of the faces during corrugation of the bands by tension; t is the frontal projection of the face with the length of the base of the trapezoid b.
Вывод более точных формул для кривизны, основанный на векторном исчислении, приведен в книге авторов заявки (Грачев В.А., Найштут Ю.С. Континуальные трансформирующиеся оболочки из прямолинейных полос, изд. ТО "Терция" СПб, 1995, 40 с.). The derivation of more accurate formulas for curvature, based on vector calculus, is given in the book of the authors of the application (Grachev V.A., Naishtut Yu.S. Continuous transforming shells from rectilinear stripes, published by TO Tertsiya St. Petersburg, 1995, 40 pp.) .
На фиг. 5 изображена технология изготовления пространственной сотовой структуры, раздвигаемой на поверхности вращения, растягивающими силами, приложенными к крайним полосам и направленными по касательным к окружности, в момент объединения и склеивания крайних полос 1. Последняя операция формирует пространственную сотовую структуру с поверхностью, близкой к однополосному гиперболоиду вращения. Перед раздвижкой пакет 4 ориентируют вершинами треугольных и/или узкими основаниями трапецеидальных кллевых участков или участков взаимного жесткого соединения полос 2 и 3 (фиг. 1 - 3) наружу и растягивают на поверхности вращения, соответствующей форме будущей структуры, силами, направленными по касательным к окружности. Четное число полос 1, составляющих пакет 4, позволяет получить сотовую структуру, у которой крайние полосы взаимно соединяются клеевыми участками 2 без нарушения регулярности. Поверхность вращения здесь служит направляющей, облегчающей процесс раздвижки. Помимо клеевого соединения крайних полос 1, здесь возможно и любое другое известное жесткое (например, комбинированное) соединение. Объединением крайних полос 1 создается и фиксируется замкнутая и регулярная форма структуры. In FIG. 5 shows the manufacturing technology of a spatial honeycomb structure expandable on the surface of revolution by tensile forces applied to the extreme strips and directed tangentially to the circle at the time of joining and gluing the
Упрощение изготовления пространственных сотовых структур достигается в предлагаемом объекте за счет отказа от принудительного изгибания структуры и совмещения операции растяжения с образованием и фиксацией устойчивой пространственной формы. Дополнительные технологические операции позволяют в рамках хорошо освоенных процессов расширить диапазон формообразования сложных пространственных структур. Simplification of the manufacture of spatial honeycomb structures is achieved in the proposed facility by refusing to force bend the structure and combine the stretching operation with the formation and fixation of a stable spatial shape. Additional technological operations allow, within the framework of well-mastered processes, to expand the range of shaping of complex spatial structures.
Предложенный в настоящем описании способ изготовления может найти применение в производстве сотовых заполнителей трехслойных панелей типа "сэндвич", при изготовлении пространственных арматурных сеток, а также для создания сетчатых несущих конструкций типа сводчатых покрытий, висячих систем, башен и опор, имеющих криволинейную форму поверхности второго порядка. Особенно эффективно эта технология может быть применена в висячих покрытиях, так как здесь выгодно сочетаются два ценных качества: во-первых, оптимальная плотность упаковки шестигранных ячеек и связанная с ней рациональность по расходу материала в растягиваемых сетях; во-вторых, выгодность и устойчивость формы поверхности отрицательной гауссовой кривизны. Кроме отмеченных выше применений, возможно создание легких и мобильных, трансформирующихся покрытий, устойчивых в процессе их раздвижки, так как программа развертывания структуры изначально предопределена формой участков взаимного соединения полос 1. Хорошие конструктивные и эстетические свойства сотовых структур можно использовать в декоративных целях - в различных так называемых малых формах. The manufacturing method proposed in the present description can find application in the manufacture of honeycomb core for three-layer sandwich panels, in the manufacture of spatial reinforcing meshes, as well as for creating mesh supporting structures such as vaulted coatings, hanging systems, towers and supports having a curvilinear surface shape of the second order . This technology can be especially effectively applied in hanging coatings, since two valuable qualities are advantageously combined here: firstly, the optimal packing density of hexagonal cells and the rationality in material consumption in stretched networks associated with it; secondly, the profitability and stability of the surface shape of negative Gaussian curvature. In addition to the applications noted above, it is possible to create light and mobile transformable coatings that are stable during the process of their expansion, since the structure deployment program is initially predetermined by the shape of the
Разработка изобретения была продиктована стремлением предложить простой способ изготовления пространственных сотовых структур, не нарушающий регулярности и однородности строения и не требующий значительных капитальных вложений на освоение новой технологии. The development of the invention was dictated by the desire to offer a simple method of manufacturing spatial cellular structures that does not violate the regularity and uniformity of the structure and does not require significant capital investments in the development of new technology.
Технико-экономические преимущества заявленного способа сводятся к следующим:
упрощение изготовления пространственных сотовых структур с поверхностями второго порядка в широком диапазоне значений гауссовых кривизн путем совмещения операции раздвижки с образованием новой формы;
расширение возможностей формообразования жестких и устойчивых сотовых структур, имеющих замкнутые поверхности вращения (например, гиперболоида вращения и др. ) за счет полного стягивания и жесткого соединения крайних полос (фиг. 5);
Регулярность и однородность строения пространственных сотовых структур, достигаемая частью числа полос, при этом имеется большее многообразие форм ячеек и рисунков сеток с каждой из сторон структуры.Technical and economic advantages of the claimed method are as follows:
simplification of the manufacture of spatial honeycomb structures with second-order surfaces in a wide range of values of Gaussian curvatures by combining the sliding operation with the formation of a new shape;
expanding the possibilities of forming rigid and stable honeycomb structures having closed surfaces of revolution (for example, a hyperboloid of revolution, etc.) due to the complete contraction and rigid connection of the extreme bands (Fig. 5);
The regularity and uniformity of the structure of spatial honeycomb structures, achieved by part of the number of bands, while there is a greater variety of cell shapes and grid patterns on each side of the structure.
расширение диапазона технологического выбора и традиционных областей применения способа за счет использования более толстых и жестких конструкционных материалов, предварительно перфорируемых или гофрируемых в полосах 1. expanding the range of technological choice and traditional applications of the method through the use of thicker and stiffer structural materials, pre-perforated or corrugated in
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94044069A RU2112119C1 (en) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | Method of production of space cellular structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94044069A RU2112119C1 (en) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | Method of production of space cellular structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94044069A RU94044069A (en) | 1996-10-10 |
| RU2112119C1 true RU2112119C1 (en) | 1998-05-27 |
Family
ID=20163179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94044069A RU2112119C1 (en) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | Method of production of space cellular structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112119C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036594A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Интер-Ремонт" | Honeycomb material |
| RU2507113C1 (en) * | 2012-07-24 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Honeycomb |
| RU2660879C1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Honeycomb structure |
| RU2680571C1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-02-22 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of producing honeycomb three-layer panels of complex curvature |
| RU2702583C1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-10-08 | Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" | Method of making composite filler from composite materials for multilayer panels |
-
1994
- 1994-12-15 RU RU94044069A patent/RU2112119C1/en active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036594A1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Интер-Ремонт" | Honeycomb material |
| RU2507113C1 (en) * | 2012-07-24 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Honeycomb |
| RU2660879C1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Honeycomb structure |
| RU2680571C1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-02-22 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of producing honeycomb three-layer panels of complex curvature |
| RU2702583C1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-10-08 | Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" | Method of making composite filler from composite materials for multilayer panels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94044069A (en) | 1996-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3018205A (en) | Cellular structure and method of manufacture | |
| US7541085B2 (en) | Flexible construction element with large bonding surface area and method of manufacture | |
| US4412880A (en) | Process for producing hollow profiled structures, and structures produced thereby | |
| RU2189316C2 (en) | Extendible sheet member (versions), method for manufacture of extendible sheet member (versions) | |
| CZ12698A3 (en) | Folded honeycomb, process of its manufacture and use | |
| RU96119393A (en) | DEFORMABLE ROOF WATERPROOFING MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING SIMILAR MATERIAL | |
| PL185448B1 (en) | Deformable sheet material for finishing roofwork and method of making such material | |
| WO1994017993A1 (en) | Formable cellular material | |
| KR101158088B1 (en) | Polyhedron truss structure by using a sheet metal | |
| EP0633385B1 (en) | Tubular cell window covering and method of manufacture | |
| RU2007135294A (en) | EXPLOSION-RESISTANT MATERIAL AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE | |
| RU2112119C1 (en) | Method of production of space cellular structure | |
| US3678558A (en) | Method of fabricating cellular structures | |
| PL215863B1 (en) | Planar metal element and profile element | |
| RU2504477C1 (en) | Method of making cellular sound-absorbing panel | |
| RU2424864C2 (en) | Method of producing 3d carcass structure and structure thus produced | |
| RU2081267C1 (en) | Method for producing cellular fillers | |
| US3204372A (en) | Building panel and method of making same | |
| JPH11514928A (en) | Lattice block material | |
| RU2126875C1 (en) | Method for production of flat and spatial cellular structures and combinations on their base | |
| US3340023A (en) | Cellular structure | |
| US3205109A (en) | Method of making a honeycomb type structure | |
| JP2001038832A (en) | Honeycomb structure and its production | |
| RU2084343C1 (en) | Carrying pipe-shell of composite materials, method and mandrel for its manufacture | |
| RU2254954C1 (en) | Transformed mandrel for making folded filler of laminate single-curvature panel |