RU2238471C2

RU2238471C2 - Bearing jacket in the form of body of revolution of composite material

Info

Publication number: RU2238471C2
Application number: RU2002134720A
Authority: RU
Inventors: А.В. Соловей (RU); А.В. Соловей; Б.Г. Майоров (RU); Б.Г. Майоров; А.И. Давыдов (RU); А.И. Давыдов
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-10-20

Abstract

FIELD: pipe-jackets of composite materials, in particular, of reinforcing fibers and polymeric binder.

SUBSTANCE: the bearing jacket has a circular layer of plating made at least on one end-face circular stiffening ring in cross-section in the form of a wedge contracted together with the outer layer enveloping it in the direction to the end face of the jacket.

EFFECT: enhanced strength and reliability of the structure.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к трубам-оболочкам из композиционного материала, в частности из армирующих нитей и полимерного связующего.The invention relates to shell pipes made of composite material, in particular of reinforcing threads and a polymer binder.

К оболочкам из композиционного материала предъявляются повышенные требования по прочности и надежности, исключающие разрушение конструкции от воздействия нагрузок в заданных режимах эксплуатации.Enclosures made of composite material are subject to increased requirements for strength and reliability, eliminating the destruction of the structure from the effects of loads in specified operating conditions.

Известна несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала, содержащая сетчатый слой из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающий его наружный слой с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, а также кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в наружном слое со стороны сетчатого слоя из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости, скрепленных полимерным связующим (патент RU №2153419, МПК⁷ В 32 В 1/08, 2000).Known carrier shell in the form of a body of revolution made of composite material, containing a mesh layer of many intersecting spiral and annular stiffeners and an outer layer covering it with intersecting unidirectional threads correspondingly oriented in them, as well as an annular flooring layer of spirally intersecting unidirectional threads in the outer layer with side of the mesh layer of intersecting spiral and annular stiffeners fastened with a polymer binder (patent RU No. 2153419, IPC ⁷ V 32 V 1/08, 200 0).

Известна оболочка, содержащая множество пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающие их слои наружной обшивки с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, скрепленными полимерным связующим (патент RU №2107622, МПК⁶ В 64 С 13/26, 1998).A known shell containing many intersecting spiral and circular stiffening ribs and the outer skin layers covering them with correspondingly oriented intersecting unidirectional filaments bonded with a polymer binder (patent RU No. 2107622, IPC ⁶ B 64 C 13/26, 1998).

Также известна аналогичная оболочка из композиционного материала (патент RU №2084343, 1997).A similar shell made of composite material is also known (patent RU No. 2084343, 1997).

К недостаткам известных оболочек следует отнести необеспечение ими высокой прочности и надежности конструкции со стороны торцевых кольцевых ребер жесткости из-за возникающих расслоений при проявлении сдвиговых деформаций при приложении нагрузок, особенно циклических.The disadvantages of the known shells include the failure to provide high strength and reliability of the structure from the side of the end annular stiffeners due to the occurrence of delamination during the manifestation of shear deformations when applied, especially cyclic loads.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, принята несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала по патенту RU №2153419.The closest analogue, selected as a prototype, adopted the supporting shell in the form of a body of revolution from a composite material according to patent RU No. 2153419.

Основной задачей является создание обладающей новизной несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала, в которой исключены были бы недостатки известных решений, достигалась бы высокая прочность и надежность.The main task is to create a bearing shell with a novelty in the form of a body of revolution from a composite material, in which the disadvantages of the known solutions would be eliminated, and high strength and reliability would be achieved.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение прочности и надежности скрепления слоев и элементов конструкции в зонах торцевых кольцевых элементов.The technical result from the use of the invention is to increase the strength and reliability of bonding layers and structural elements in the areas of the end ring elements.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции кольцевого слоя настила между наружным слоем и торцевым кольцевым ребром жесткости на основе новой концепции организации структуры армирования. Для этого в несущей оболочке в виде тела вращения из композиционного материала, содержащей сетчатый слой из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости и покрывающий его наружный слой с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями, а также кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в наружном слое со стороны сетчатого слоя из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости, скрепленных полимерным связующим, кольцевой слой настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости выполнен в поперечном сечении в виде клина, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки. Торцевое кольцевое ребро может быть выполнено из жгутов или ровингов однонаправленных нитей или слоев ткани из стекло-, или базальто-, или органоволокон, или композиции из них.The main problem is solved and the technical result is achieved by changing the design of the annular flooring layer between the outer layer and the end ring stiffener based on a new concept of the organization of the reinforcement structure. To this end, in a carrier sheath in the form of a body of revolution made of composite material containing a mesh layer of many intersecting spiral and annular stiffeners and an outer layer covering it with intersecting unidirectional threads correspondingly oriented in them, as well as an annular flooring layer of spiral intersecting unidirectional threads in the outer layer on the side of the mesh layer of intersecting spiral and annular stiffeners, fastened with a polymer binder, the annular layer of the flooring from WASHING unidirectional filaments intersecting at least one end-face annular rib is formed in cross section as a wedge, in conjunction with the tapered outer layer covering it in a direction toward shell end. The end annular rib can be made of bundles or rovings of unidirectional threads or fabric layers of glass, or basalt, or organ fibers, or a composition of them.

Отличительными особенностями несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов являются следующие признаки:The distinctive features of the supporting shell in the form of a body of revolution from composite materials are the following features:

- выполнение кольцевого слоя настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей в поперечном сечении в виде клина;- the implementation of the annular layer of the flooring from spirally intersecting unidirectional threads in cross section in the form of a wedge;

- по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости;- at least one end ring annular stiffener;

- суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки;- narrowed together with the outer layer covering it towards the end of the shell;

- выполнение торцевого кольцевого ребра жесткости из жгутов или ровингов однонаправленных нитей или слоев ткани из стекло-, или базальто-, или органоволокон, или композиции из них;- the implementation of the end annular stiffener from bundles or rovings of unidirectional threads or fabric layers of glass, or basalt, or organofibers, or a composition of them;

Указанные отличительные признаки несущей оболочки из композиционных материалов являются существенными, так как в каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Выполнение кольцевого настила на торцевом кольцевом ребре жесткости в поперечном сечении в виде клина, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем в направлении к торцу оболочки, позволяет надежно закрепить торцевое кольцевое ребро в наружном слое и обеспечить высокую прочность конструкции не только от сжимающих нагрузок, возникающий на торце оболочки, но и от растягивающих нагрузок, действующих на торцевое кольцевое ребро в обратном направлении, исключающих вырыв торцевого кольцевого ребра совместно с кольцевым настилом в виде клина из наружного слоя.These distinguishing features of a bearing shell made of composite materials are significant, since each of them individually and jointly aims to solve the problem and achieve a new technical result. The execution of the annular flooring on the end annular stiffener in cross section in the form of a wedge, narrowed together with the outer layer covering it towards the end of the shell, allows you to securely fix the end annular rib in the outer layer and ensure high structural strength not only against compressive loads arising on the end face of the shell, but also from tensile loads acting on the end annular rib in the opposite direction, eliminating the breakout of the end annular rib together with the annular flooring in the form of a wedge from the outer layer.

Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение 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 proposed technical solution in accordance with the criterion of “novelty”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов и достичь новый технический результат, что характеризует новое техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом опытно-экспериментальных исследований и творческого вклада, получено без использования проектировочных, стандартных решений или каких-либо рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, не очевидным для специалистов, создано на основе новой концепции организации структуры армирования из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости на торцевом кольцевом ребре совместно со слоем настила из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей и наружным слоем, соответствует критерию “изобретательский уровень”.A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem of creating a supporting shell in the form of a body of revolution from composite materials and to achieve a new technical result, which characterizes the new technical solution by significant differences from the prior art, analogues and prototype. The new technical solution is the result of experimental research and creative contribution, obtained without the use of design, standard solutions or any recommendations in the art, is original, not obvious to specialists, created on the basis of a new concept of organizing the reinforcement structure from many intersecting spiral and annular stiffeners on the end annular rib together with a layer of flooring from spirally intersecting unidirectional threads and the outer layer, meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.The invention is illustrated by drawings with a brief description.

На фиг.1 представлен общий вид несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала, на фиг.2 - поперечное сечение оболочки с торцевым кольцевым ребром в аксиально-радиальном направлении, на фиг.3 - схема нагружения оболочки.Figure 1 presents a General view of the carrier shell in the form of a body of revolution made of composite material, figure 2 is a cross section of the shell with an end annular rib in the axial radial direction, figure 3 is a diagram of the loading of the shell.

Более подробное описание сущности изобретения с показом позиций на чертежах состоит в следующем.A more detailed description of the invention with the position shown in the drawings is as follows.

Несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала (фиг.1, фиг.2) содержит сетчатый слой 1 из множества пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости 2-4 и покрывающий его наружный слой 5 с соответственно ориентированными в них перекрещивающимися однонаправленными нитями 6-8, кольцевой слой настила 9 из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей 10, 11 в наружном слое 5 со стороны сетчатого слоя 1 из пересекающихся спиральных и кольцевых ребер жесткости 2-4, скрепленных полимерным связующим. Кольцевой слой настила 9 из спирально перекрещивающихся однонаправленных нитей 10, 11 по меньшей мере на одном торцевом кольцевом ребре жесткости 12 (фиг.2) выполнен в поперечном сечении в виде клина 13, суженного совместно с охватывающим его наружным слоем 5 в направлении к торцу 14 оболочки. Торцевое кольцевое ребро жесткости 12 может быть выполнено из жгутов или ровингов однонаправленных нитей, или слоев ткани из стекло-, или базальто-, или органоволокон, или комбинации из низ.The supporting shell in the form of a body of revolution made of composite material (Fig. 1, Fig. 2) contains a mesh layer 1 of a plurality of intersecting spiral and annular stiffeners 2-4 and an outer layer 5 covering it with intersecting unidirectional threads 6-8 correspondingly oriented in them , the annular layer of the flooring 9 of spirally intersecting unidirectional filaments 10, 11 in the outer layer 5 from the side of the mesh layer 1 of intersecting spiral and annular stiffeners 2-4, bonded with a polymer binder. The annular layer of the flooring 9 of spirally intersecting unidirectional filaments 10, 11 on at least one end ring annular stiffener 12 (Fig. 2) is made in cross section in the form of a wedge 13, narrowed together with its outer layer 5 in the direction of the shell end 14 . The end ring stiffener 12 can be made of bundles or rovings of unidirectional threads, or fabric layers of glass, or basalt, or organ fibers, or a combination of bottom.

Изготовление несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов заключается в намотке нитей, жгутов или ровингов, пропитанных полимерным связующим, на специальную оправку (условно не показано) с последующей термообработкой заготовки в термопечи по режиму отверждения связующего. Функционирование несущей оболочки заключается в восприятии ею нагрузок (фиг.3), приложенных к торцевому кольцевому ребру жесткости. Изготовленная несущая оболочка с использованием нового технического решения подвергалась воздействию многоцикловых механических нагрузок. Результаты испытаний положительные, разрушений конструкции не наблюдалось.The manufacture of a carrier shell in the form of a body of revolution from composite materials consists in winding threads, strands or rovings, impregnated with a polymer binder, on a special mandrel (not shown conditionally), followed by heat treatment of the workpiece in a thermal furnace according to the mode of curing of the binder. The functioning of the bearing shell consists in the perception of loads (Fig. 3) applied to the end ring stiffener. The fabricated supporting shell using a new technical solution was subjected to multi-cycle mechanical loads. The test results are positive, structural damage was not observed.

Таким образом, новое техническое решение при реализации в несущей оболочке из композиционных материалов воспроизводимо промышленным путем, дает новый положительный эффект, соответствует и критерию “промышленная применимость”, т.е. уровню изобретения.Thus, a new technical solution when implemented in a carrier shell made of composite materials is reproducible industrially, gives a new positive effect, and also meets the criterion of “industrial applicability”, i.e. level of invention.

Moгyт быть различные варианты выполнения несущей оболочки в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов с достижением нового технического результата и отдельных свойств, приведенных на примерах предпочтительной конструкции в описании и чертежах, не выходя за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы.There may be various embodiments of the bearing shell with respect to the shape, size and arrangement of individual elements with the achievement of a new technical result and individual properties shown in the examples of the preferred design in the description and drawings, without going beyond the scope of the invention set forth in the claims.

Claims

1. The supporting shell in the form of a body of revolution made of composite material, containing a mesh layer of many intersecting spiral and annular stiffeners and an outer layer covering it with intersecting unidirectional threads correspondingly oriented in them, as well as an annular flooring layer of spirally intersecting unidirectional threads in the outer layer from the side of the mesh layer of intersecting spiral and annular stiffeners, bonded with a polymer binder, characterized in that the annular layer astila of helically crossing unidirectional filaments at least at one end-face annular rib is formed in cross section as a wedge, in conjunction with the tapered outer layer covering it in a direction toward shell end.

2. The shell according to claim 1, characterized in that the end annular rib is made of bundles or rovings of unidirectional threads, or fabric layers of glass, basalt or organ fibers, or a combination of them.