RU2205329C1 - Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material - Google Patents
Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205329C1 RU2205329C1 RU2001125017/06A RU2001125017A RU2205329C1 RU 2205329 C1 RU2205329 C1 RU 2205329C1 RU 2001125017/06 A RU2001125017/06 A RU 2001125017/06A RU 2001125017 A RU2001125017 A RU 2001125017A RU 2205329 C1 RU2205329 C1 RU 2205329C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylindrical section
- internal pressure
- spiral
- bottoms
- annular
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оболочкам из композиционных материалов, в частности к армированным оболочкам для высокого внутреннего давления, используемым в качестве несущих конструкций или узлов, находящихся в условиях кратковременного или длительного воздействия избыточного внутреннего давления. The invention relates to shells of composite materials, in particular to reinforced shells for high internal pressure, used as load-bearing structures or assemblies that are under conditions of short-term or long-term exposure to excessive internal pressure.
Одной из частей армированных оболочек, где возникают всплески напряжений при действии внутреннего давления, являются зоны сопряжения днища с цилиндрической частью, обладающие разной расчетной толщиной в этой зоне. Но обеспечение повышенных требований по прочности, надежности и весовому совершенству, предъявляемые к армированным оболочкам из композиционных материалов, возможно при исключении всевозможных скачков напряжений и реализации постоянных напряжений по всей длине армирующего материала. One of the parts of the reinforced shells, where stress surges occur under the action of internal pressure, are the mating zones of the bottom with the cylindrical part, which have different design thicknesses in this zone. But providing the increased requirements for strength, reliability and weight perfection shown to reinforced shells from composite materials is possible with the exception of all kinds of stress surges and the realization of constant stresses along the entire length of the reinforcing material.
Известна слоистая оболочка для высокого внутреннего давления, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком и торцевыми днищами, плавно сопряженными переходами с цилиндрическим участком каркаса (патент USA 4398646, 220/3, 1983). В данной оболочке внутренняя поверхность днища переходит во внутреннюю поверхность цилиндрической части на максимальном радиусе внутренней поверхности. Наружная поверхность днища плавно переходит в цилиндрическую часть с увеличением толщины оболочки. Known layered shell for high internal pressure, containing a power frame with a cylindrical section and end bottoms, smoothly conjugate transitions with a cylindrical section of the frame (US patent 4398646, 220/3, 1983). In this shell, the inner surface of the bottom passes into the inner surface of the cylindrical part at the maximum radius of the inner surface. The outer surface of the bottom smoothly passes into the cylindrical part with increasing shell thickness.
Известны армированные оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала по патентам USA 3843010, 220/3, 1974; 5018638, 220/414, 1991, в которых внутренняя поверхность днищ плавно доходит до внутренней поверхности цилиндрической части и соединяется с ней. Reinforced casings are known for high internal pressure from a layered composite material according to US patents 3843010, 220/3, 1974; 5018638, 220/414, 1991, in which the inner surface of the bottoms smoothly reaches the inner surface of the cylindrical part and is connected to it.
Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами, плавно сопряженными по наружной поверхности переходами с цилиндрическим участком каркаса, и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патент USA 5429845, 428/34.1, 1994). В данной оболочке также внутренняя поверхность днища переходит во внутреннюю поверхность цилиндрической части на максимальном радиусе внутренней поверхности, а наружная поверхность с провалом в средней части перехода. Known reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material containing a power frame with a cylindrical section, end bottoms, smoothly mated on the outer surface of the transitions with a cylindrical section of the frame, and flanges in their pole holes in contact with their inner surfaces, formed by a combination of groups of layers spiral and circular ribbons oriented in spiral and circumferential directions with correspondingly unidirectional high The modular filaments, bonded by a polymeric binder, lined with an inner protective coating (USA patent 5,429,845, 428 / 34.1, 1994). In this shell, the inner surface of the bottom also goes into the inner surface of the cylindrical part at the maximum radius of the inner surface, and the outer surface with a dip in the middle of the transition.
Во всех рассмотренных вариантах в конструкции оболочки в зоне перехода днища в цилиндрическую часть возникают всплески деформаций и напряжений, вызванные разнодлинностью наружной и внутренней поверхностей в меридиональном направлении и приводящие к снижению несущей способности оболочки при действии внутреннего давления. In all the considered variants, bursts of deformations and stresses arise in the shell structure in the transition zone of the bottom to the cylindrical part, caused by the diversity of the outer and inner surfaces in the meridional direction and leading to a decrease in the bearing capacity of the shell under the action of internal pressure.
Наиболее близким аналогом технического решения является армированная оболочка по патенту USA 5429845, 428/34.1, 1994, выбранная в качестве прототипа. The closest analogue of the technical solution is the reinforced casing according to US patent 5429845, 428 / 34.1, 1994, selected as a prototype.
Основной задачей является создание армированной оболочки из слоистого композиционного материала повышенного качества, в которой были бы устранены вышеуказанные недостатки, оболочка обладала бы повышенной прочностью. The main objective is to create a reinforced shell of a layered composite material of high quality, in which the above disadvantages would be eliminated, the shell would have increased strength.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение несущей способности, весового совершенства и эксплуатационной надежности армированной оболочки при действии внутреннего давления. The technical result from the use of the invention is to increase the bearing capacity, weight perfection and operational reliability of the reinforced shell under the action of internal pressure.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет того, что переходная зона днища в цилиндрическую часть ограничена равнодлинными поверхностями, а однотипные слои равноудалены от свободных поверхностей. The main problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that the transition zone of the bottom to the cylindrical part is limited by equal-length surfaces, and the same type layers are equidistant from free surfaces.
Для этого в армированной оболочке для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащей силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, цилиндрический участок силового каркаса снабжен равнодлинным с ним внутренним кольцевым выступом, плавно сопряженным с выпуклыми днищами с образованием с ними кольцевых углублений, максимальный диаметр которых превышает внутренний диаметр кольцевого выступа цилиндрического участка силового каркаса, причем однотипные слои из спиральных и кольцевых лент размещены попарно на поверхностях, равноудаленных от внутренней и наружной поверхностей оболочки. To do this, in a reinforced shell for high internal pressure of a layered composite material containing a power frame with a cylindrical section, end convex bottoms and flanges in their pole holes in contact with their internal surfaces, formed by a combination of groups of layers of spiral and ring bands oriented in spiral and circumferential directions with correspondingly arranged unidirectional high-modulus threads bonded with a polymer binder, lined with inner With a protective coating, the cylindrical section of the power cage is provided with an inner annular protrusion equal to it, smoothly conjugated with convex bottoms with the formation of annular recesses with them, the maximum diameter of which exceeds the inner diameter of the annular protrusion of the cylindrical section of the power cage, with the same type layers of spiral and ring tapes placed in pairs on surfaces equidistant from the inner and outer surfaces of the shell.
Максимальный диаметр кольцевых углублений не превышает внутренний диаметр кольцевого выступа цилиндрического участка более чем на 0,5*hк, где hк - суммарная толщина кольцевых слоев в зоне перехода.The maximum diameter of the annular recesses does not exceed the inner diameter of the annular protrusion of the cylindrical section by more than 0.5 * h k , where h k is the total thickness of the annular layers in the transition zone.
Отличительными особенностями армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала являются следующие признаки:
- цилиндрический участок силового каркаса снабжен равнодлинным с ним внутренним кольцевым выступом;
- кольцевой выступ равнодлинен цилиндрическому участку; плавно сопряжен с выпуклыми днищами с образованием с ними кольцевых углублений, максимальный диаметр которых превышает внутренний диаметр кольцевого выступа цилиндрического участка силового каркаса;
- однотипные слои из спиральных и кольцевых лент размещены попарно на равноудаленных поверхностях от внутренней и наружной поверхностей оболочки;
- максимальный диаметр кольцевых углублений не превышает внутренний диаметр кольцевого выступа цилиндрического участка более чем на 0,5*hк, где hк - суммарная толщина кольцевых слоев в зоне перехода.The distinctive features of the reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material are the following features:
- the cylindrical section of the power frame is provided with an inner ring protrusion equal to it;
- the annular protrusion is equal to the cylindrical section; smoothly interfaced with convex bottoms with the formation of annular recesses with them, the maximum diameter of which exceeds the inner diameter of the annular protrusion of the cylindrical section of the power frame;
- the same type of layers of spiral and annular ribbons are placed in pairs on equidistant surfaces from the inner and outer surfaces of the shell;
- the maximum diameter of the annular recesses does not exceed the inner diameter of the annular protrusion of the cylindrical section by more than 0.5 * h k , where h k is the total thickness of the annular layers in the transition zone.
Эти существенные признаки позволяют снизить уровень деформаций в силовом каркасе в зоне сопряжения днища с цилиндрической частью, улучшить весовое совершенство оболочек и повысить их эксплуатационную надежность. These essential features make it possible to reduce the level of deformations in the power frame in the interface zone between the bottom and the cylindrical part, improve the weighted perfection of the shells and increase their operational reliability.
Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать армированную оболочку для высокого внутреннего давления соответствием критерию "новизна". Distinctive essential features are new, since their use in the prior art, analogues and prototype was not found, which allows us to characterize the reinforced shell for high internal pressure in accordance with the criterion of "novelty."
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат в весовом совершенстве конструкций с обеспечением их повышенной прочности и надежности, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом научно-исследовательской работы и творческого вклада без использования стандартизованных проектов или рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, неочевидным для круга специалистов в данной области техники, соответствует в совокупности существенных признаков критерию "изобретательский уровень". A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem and achieve a new technical result in the weighted perfection of the structures, ensuring their increased strength and reliability, which characterizes the proposed technical solution by significant differences from the prior art, analogues and prototype. The new technical solution is the result of scientific research and creative contribution without the use of standardized projects or recommendations in the field of technology, is original, non-obvious for a circle of specialists in this field of technology, meets the essential criteria of the "inventive step" criterion.
Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием. The invention is illustrated by drawings with a brief description.
На фиг.1 представлен общий вид армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, на фиг.2 показан участок сопряжения днища с цилиндрической частью силового каркаса. Figure 1 presents a General view of the reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material, figure 2 shows the plot of the pair of the bottom with the cylindrical part of the power frame.
Более подробное описание сущности изобретения состоит в следующем. A more detailed description of the invention is as follows.
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1) содержит силовой каркас 1 с цилиндрическим участком 2, торцевыми днищами 3, 4 и фланцами 5, 6 в их полюсных отверстиях 7, 8, образованный комбинацией групп 9, 10 и 11 слоев 12, 13, 14 спиральных и кольцевых лент 15, 16, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями 17, 18, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием 19. The reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material (Fig. 1) contains a power frame 1 with a cylindrical section 2, end faces 3, 4 and flanges 5, 6 in their pole holes 7, 8, formed by a combination of groups 9, 10 and 11 layers 12, 13, 14 of spiral and
Внутренний кольцевой выступ 20 (фиг.2), равнодлинный цилиндрическому участку 2, плавно сопряжен с выпуклыми днищами 3, 4 с образованием с ними кольцевых углублений 21, максимальный диаметр 22 которых превышает внутренний диаметр кольцевого выступа 23 цилиндрического участка силового каркаса, причем однотипные слои из спиральных 15 и кольцевых лент 16 размещены попарно на равноудаленных расстояниях (расстояния а=a'; b=b'; с=с'; d=d') от внутренней и наружной поверхностей оболочки. The inner annular protrusion 20 (Fig. 2), equal to the cylindrical section 2, smoothly mates with the convex bottoms 3, 4 with the formation of
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1, 2) может быть изготовлена способом намотки на извлекаемую оправку (не показано) с последующим отверждением полимерного связующего. The reinforced casing for high internal pressure of the layered composite material (Fig.1, 2) can be made by winding onto a removable mandrel (not shown), followed by curing of the polymer binder.
Функционирование армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала на основе однонаправленных армирующих материалов и полимерного связующего заключается в нахождении его в напряженно-деформированном состоянии в пределах упругих свойств композиционного материала, из которого изготовлен ее силовой каркас 1, с учетом обеспечения высокой надежности и безопасности без разрушения днищ 3, 4 в зонах сопряжения днищ с цилиндрическим участком 2 за счет снижения уровней деформаций и напряжений в композиционном материале у полюсного отверстия. Испытания армированных оболочек, изготовленных с использованием нового технического решения, показали положительные результаты. Реализация предложенного технического решения позволяет повысить весовое совершенство изделий с обеспечением повышенной прочности и надежности. The functioning of the reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material based on unidirectional reinforcing materials and a polymer binder consists in finding it in a stress-strain state within the elastic properties of the composite material of which its power frame 1 is made, taking into account high reliability and safety without destruction of the bottoms 3, 4 in the mating zones of the bottoms with the cylindrical section 2 due to the reduction of deformation and stress levels in positional material from pole hole. Tests of reinforced shells made using a new technical solution showed positive results. The implementation of the proposed technical solution allows to increase the weighted perfection of products with increased strength and reliability.
Таким образом, новое техническое решение воспроизводимо в условиях производства, обеспечивает решение поставленной задачи и достижение нового технического результата, в предложенной совокупности признаков соответствует критерию "промышленная применимость", то есть уровню изобретения. Thus, the new technical solution is reproducible under production conditions, provides a solution to the problem and the achievement of a new technical result, in the proposed set of features meets the criterion of "industrial applicability", that is, the level of the invention.
Следует отметить, что могут быть различные комбинации выполнения армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов. Предложенная форма выполнения представляет собой только возможные предпочтительные варианты ее осуществления, могут быть различные комбинации, если все это не выходит за пределы существующих признаков, изложенных в пунктах формулы. It should be noted that there may be various combinations of the implementation of the reinforced shell for high internal pressure of the layered composite material with respect to the shape, size and location of the individual elements. The proposed form of execution is only possible preferred options for its implementation, there may be various combinations, if all this does not go beyond the existing features set forth in the claims.
Предложенное техническое решение не ограничивается его использованием в армированных оболочках. Как для высокого внутреннего давления, оно может быть использовано для реализации обнаруженных и других свойств, описанных в материалах заявки, для получения емкостей, работающих под избыточным давлением. The proposed technical solution is not limited to its use in reinforced shells. As for high internal pressure, it can be used to implement the discovered and other properties described in the application materials, to obtain containers operating under overpressure.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001125017/06A RU2205329C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001125017/06A RU2205329C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2205329C1 true RU2205329C1 (en) | 2003-05-27 |
Family
ID=20253101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001125017/06A RU2205329C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2205329C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526999C1 (en) * | 2013-07-30 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Shell of composites for high internal pressure |
-
2001
- 2001-09-13 RU RU2001125017/06A patent/RU2205329C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526999C1 (en) * | 2013-07-30 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Shell of composites for high internal pressure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4468269A (en) | Ultracentrifuge rotor | |
| US4792320A (en) | Composite tubular structure | |
| US7028998B2 (en) | Stabilizer bar | |
| KR102325236B1 (en) | Threaded bosses for pressure vessels | |
| NZ209933A (en) | Energy storage flywheel:allowing for diameter increase with rotational speed | |
| US4961653A (en) | Crossed roller bearing assembly having an insertion hole | |
| US6670021B2 (en) | Monolithic ceramic attachment bushing incorporated into a ceramic matrix composite component and related method | |
| WO1995009314A1 (en) | Energy storage flywheel device | |
| RU2205329C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material | |
| US4570979A (en) | Flexible joint means | |
| RU2205328C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material | |
| RU2319061C1 (en) | High-pressure housing made of composite materials | |
| RU2205326C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material | |
| KR0174146B1 (en) | Calender roll | |
| US5389411A (en) | Composite structure forming a wear surface | |
| US4398646A (en) | Multi-layered vessel with discontinuity neutralizing area | |
| RU2205327C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material (versions) | |
| RU2190150C1 (en) | Reinforced envelope for high pressure made from laminate composite (versions) | |
| JPH03236946A (en) | Manufacturer of fiber reinforced cylinder tube | |
| US6044726A (en) | Optimum rotationally symmetric shells for flywheel rotors | |
| US6508145B1 (en) | Press-fit multi-ring composite flywheel rim | |
| FR3087509A1 (en) | Elastomeric bearing having a reduced weight end cap | |
| CA1232846A (en) | Loop bound orthotropic pressure vessel | |
| US20030067167A1 (en) | Joint for the connection of fiber-reinforced composite pipes and process for the realisation thereof | |
| AU2019300410B2 (en) | Hinged component, and mechanical system comprising such a component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160914 |