RU2278937C2 - Laminated structure - Google Patents
Laminated structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2278937C2 RU2278937C2 RU2004127295/12A RU2004127295A RU2278937C2 RU 2278937 C2 RU2278937 C2 RU 2278937C2 RU 2004127295/12 A RU2004127295/12 A RU 2004127295/12A RU 2004127295 A RU2004127295 A RU 2004127295A RU 2278937 C2 RU2278937 C2 RU 2278937C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- metallic material
- heat
- thickness
- layers
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам защиты транспортных и стационарных устройств от несанкционированных воздействий, включая и террористические акты, и может использоваться в различных областях техники и промышленности: в атомной, машиностроении, в банковском деле и др.The invention relates to means of protecting transport and stationary devices from unauthorized influences, including terrorist acts, and can be used in various fields of technology and industry: in nuclear, mechanical engineering, banking, etc.
Известен несгораемый контейнер (патент США №3709169, МПК E 05 G 1/2, НКИ 109-29, опубл. 09.01.1973), предназначенный для защиты ценных вещей, например ценных бумаг, от воздействия огня или интенсивного теплового воздействия. Внутри контейнера предусмотрена теплоизоляционная защита, состоящая из наружного слоя теплостойкого материала, например керамического волокна и внутреннего слоя абсорбирующего материала, например стеклянной бумаги, насыщенной водой. Внутренний слой помещен в водонепроницаемый кожух, например, из полиэтилена, который разрушается под воздействием повышенных температур. Как правило, вентиляционные устройства позволяют пару, который образуется под действием интенсивного тепла во внутреннем слое теплоизоляционной защиты, переходит внутрь емкости и вызывает дальнейшее замедление температуры путем поглощения тепла. Вентиляционные устройства обеспечивают медленный выход пара из емкости через канал, образованный между крышкой и собственно емкостью, благодаря чему замедляется распространение тепла внутрь через этот канал. В предпочтительном варианте насыщенный водой удлиненный волокнистый абсорбирующий материал располагается между наружной рамой и внутренней емкостью, в месте, подверженном передаче тепла с высокой скоростью, например, вдоль стойки между наружной рамой и внутренней емкостью. Недостатками такой защиты являются:Known fireproof container (US patent No. 3709169, IPC E 05 G 1/2, NKI 109-29, publ. 09/01/1973), designed to protect valuable items, such as securities, from fire or intense heat. Thermal insulation is provided inside the container, consisting of an outer layer of heat-resistant material, such as ceramic fiber, and an inner layer of absorbent material, such as glass paper, saturated with water. The inner layer is placed in a waterproof casing, for example, made of polyethylene, which is destroyed by exposure to elevated temperatures. As a rule, ventilation devices allow steam, which is formed under the influence of intense heat in the inner layer of thermal insulation, to go inside the tank and causes a further slowdown in temperature by absorbing heat. Ventilation devices provide a slow exit of steam from the tank through the channel formed between the lid and the container itself, which slows the spread of heat inward through this channel. In a preferred embodiment, water-saturated elongated fibrous absorbent material is located between the outer frame and the inner container, in a place subject to heat transfer at high speed, for example, along the rack between the outer frame and the inner container. The disadvantages of such protection are:
- возможность испарения воды через отверстия в кожухе, образованные при механическом повреждении, что при последующем нагреве не будет приводить к замедлению повышения температуры путем поглощения тепла от процесса парообразования, тем самым ухудшаются теплозащитные свойства и исключается возможность многократного использования защиты;- the possibility of evaporation of water through openings in the casing formed during mechanical damage, which during subsequent heating will not slow down the temperature increase by absorbing heat from the process of vaporization, thereby deteriorating heat-shielding properties and eliminating the possibility of reuse of protection;
- контейнер не является стойким к комплексному воздействию различных средств взлома (механического, пулевого, теплового).- the container is not resistant to the complex effects of various hacking tools (mechanical, bullet, thermal).
Известен теплозащитный корпус для предохранения одного из нескольких термочувствительных изделий от воздействия повышенной температуры окружающей среды (заявка ФРГ №3432789, МПК G 12 B 17/06, опубл. 04.11.1985). Термочувствительное изделие или несколько таких изделий помещены во внутреннюю полость наружного каркаса. По поверхности первой внутренней полости распределен первый термоизолятор в форме термооблицовки, создающий вторую внутреннюю полость. Термочувствительное изделие удерживается на расстоянии от стенок второй внутренней полости. Первый термоизолятор изготовлен из твердого вещества, сохраняющего свое состояние при воздействии на корпус повышенной температуры окружающей среды. По меньшей мере часть второй внутренней полости занимает второй термоизолятор, в котором предохраняемые термочувствительные изделия размещены как в кожухе. При определенной температуре второй термоизолятор переходит из твердого состояния в жидкое. Температура фазового перехода подобрана таким образом, чтобы второй термоизолятор оставался в твердом состоянии, пока на корпус не воздействует повышенная температура. При повышении температуры окружающей среды термоизолятор переходит в жидкое состояние.Known heat-shielding housing for the protection of one of several heat-sensitive products from exposure to elevated ambient temperatures (application Germany No. 3432789, IPC G 12 B 17/06, publ. 04.11.1985). A heat-sensitive product or several such products are placed in the inner cavity of the outer frame. On the surface of the first inner cavity, a first thermal insulator in the form of a thermo-facing is distributed, creating a second inner cavity. The heat-sensitive product is held at a distance from the walls of the second internal cavity. The first thermal insulator is made of a solid substance that retains its state when exposed to an elevated ambient temperature. At least a portion of the second inner cavity is occupied by a second thermal insulator in which the thermally sensitive products to be protected are housed as in a casing. At a certain temperature, the second thermal insulator passes from solid to liquid. The phase transition temperature is selected so that the second thermal insulator remains in the solid state, until the case is exposed to elevated temperature. With increasing ambient temperature, the thermal insulator goes into a liquid state.
Недостатком такого теплозащитного корпуса является следующее:The disadvantage of this heat-shielding enclosure is the following:
- при комплексном воздействии на корпус поражающих факторов (прострел, просверливание с последующим разогревом и т.д.) может произойти быстрое вытекание жидкого термоизолятора из корпуса и теплозащитные свойства корпуса резко ухудшаются.- with a complex effect on the body of damaging factors (lumbago, drilling, followed by heating, etc.), a rapid leakage of a liquid thermal insulator from the body can occur and the heat-shielding properties of the body deteriorate sharply.
Известен защищенный от пожара сейф (заявка Великобритании №2168402, МПК E 05 G 1/00, опубл. 18.06.1986). Сейф содержит контейнер и крышку. Каждый из элементов имеет наружный кожух, внутреннюю облицовку и промежуточный изоляционный слой из стойкого и огнеупорного материала. Внутренняя облицовка имеет наполнитель из изменяющего фазовое состояние материала, например парафина, обладающего свойством поглощать тепло.A fire safe is known (UK application No. 2168402, IPC E 05 G 1/00, publ. 06/18/1986). The safe contains a container and a lid. Each of the elements has an outer casing, an inner lining and an intermediate insulating layer of resistant and refractory material. The inner lining has a filler made of a phase-changing material, such as paraffin, which has the property of absorbing heat.
Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:
- неспособность противостоять воздействиям в виде прострела, различных механических средств взлома;- inability to withstand influences in the form of a cross, various mechanical means of hacking;
- пониженные теплозащитные свойства при механическом повреждении элементов конструкции из-за возможного обмятия теплостойкого материала и вытекания материала, меняющего фазовое состояние при нагреве;- reduced heat-shielding properties during mechanical damage to structural elements due to the possible embrace of heat-resistant material and leakage of material that changes the phase state when heated;
- изменение фазового состояния материала связано с изменением его объема, что может привести к повреждению или разрушению самого сейфа, поскольку в нем не предусмотрены конструктивные элементы, исключающие или уменьшающие этот эффект.- a change in the phase state of the material is associated with a change in its volume, which can lead to damage or destruction of the safe itself, since it does not provide structural elements that exclude or reduce this effect.
Защита сейфа от пожара по заявке Великобритании №2168402 выбрана в качестве прототипа.Safe fire protection on the application of the UK No. 2168402 selected as a prototype.
Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка надежной защиты объекта от комплексного воздействия средств взлома таких, как механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги и т.п.), автогена, электродугового резака, прострела, в том числе пожара.The challenge facing the authors of the invention is to develop reliable protection of the object from the complex effects of hacking tools such as mechanical type (drills, milling cutters, cutting wheels, etc.), autogenous, electric arc cutter, backache, including fire.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение защитных свойств слоистой структуры путем создания эффекта плавающего слоя, приводящего к уменьшению повреждения внутренних слоев структуры, что позволяет выдерживать механические воздействия и воздействия пуль стрелкового оружия, высокотемпературный пожар с температурой до 1000°С в течение одного часа и более, локальные воздействия высоких температур, и за счет введения в конструкцию и определенного расположения в ней новых двух слоев (один слой - из высокотвердого неметаллического материала, второй - из упругого неметаллического материала), позволяющих добиться высоких защитных свойств при последовательном воздействии пуль стрелкового оружия и механических средств взлома (в первую очередь сверл, фрез).The technical result of the proposed solution is to increase the protective properties of the layered structure by creating the effect of a floating layer, leading to a decrease in damage to the internal layers of the structure, which can withstand the mechanical effects and the effects of small arms bullets, high-temperature fire with a temperature of up to 1000 ° C for one hour or more, local effects of high temperatures, and due to the introduction into the structure and a certain arrangement in it of two new layers (one layer is made of highly hard metal material, the second - from non-metallic elastic material), which allows to achieve high protective properties under the sequential action of small arms bullets and mechanical hacking tools (primarily drills, milling cutters).
Технический результат достигается тем, что в слоистую структуру, содержащую прочный корпус, в котором размещена защита из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, введены два слоя из высокотвердого неметаллического материала и слой из пористого материала с прочностью при сжатии не менее 1,5 МПа и относительным удлинением при сжатии не менее 20%, на внешней стороне одного из слоев из высокотвердого неметаллического материала, по отношению к защищаемому объекту, установлен слой из термостойкого материала, защита объединена в единый слой и установлена на внутренней стороне первого слоя из высокотвердого неметаллического материала, вплотную к защите установлена подложка из не менее двух слоев, первый - из материала с относительным удлинением не менее 20%, прочностью при растяжении от 100 до 360 МПа, второй - из материала с относительным удлинением не более 25%, прочностью при растяжении не менее 370 МПа, слой из пористого материала расположен между подложкой и вторым слоем из высокотвердого неметаллического материала, все слои окружены слоем из упругого неметаллического материала, например шпатлевки, эластомера или резины, при этом толщиты слоев выбраны в следующих соотношениях:The technical result is achieved by the fact that two layers of a high-hard non-metallic material and a layer of a porous material with compressive strength are not inserted into a layered structure containing a durable housing in which protection is made of a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat less than 1.5 MPa and a relative elongation in compression of not less than 20%, on the outer side of one of the layers of high hard non-metallic material, relative to the protected object, is installed a layer of heat-resistant material, the protection is combined into a single layer and installed on the inner side of the first layer of high-hard non-metallic material, a substrate of at least two layers is installed close to the protection, the first is made of a material with an elongation of at least 20%, tensile strength from 100 up to 360 MPa, the second - from a material with a relative elongation of not more than 25%, tensile strength not less than 370 MPa, a layer of porous material is located between the substrate and the second layer of high-hard non-metallic material a, all layers are surrounded by a layer of elastic non-metallic material, such as putty, elastomer or rubber, while the thicknesses of the layers are selected in the following ratios:
h1=(0,025-0,3)h2, h3=(1-20)h1, h4=(0,15-0,5)h2, h5=(0,25-2)h4,h 1 = (0.025-0.3) h 2 , h 3 = (1-20) h 1 , h 4 = (0.15-0.5) h 2 , h 5 = (0.25-2) h 4
h6=(0,4-1)h2, h7=(0,5-2)h6,h 6 = (0.4-1) h 2 , h 7 = (0.5-2) h 6 ,
гдеWhere
h1 - толщина слоя из термостойкого материала;h 1 - the thickness of the layer of heat-resistant material;
h2 - толщина первого слоя из высокотвердого неметаллического материала;h 2 - the thickness of the first layer of high hard non-metallic material;
h3 - толщина слоя защиты из теплостойкого материала и материала; изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло;h 3 - the thickness of the protective layer of heat-resistant material and material; changing the phase state and having the property to absorb heat;
h4 - толщина подложки;h 4 is the thickness of the substrate;
h5 - толщина слоя из упругого неметаллического материала;h 5 - the thickness of the layer of elastic non-metallic material;
h6 - толщина слоя из пористого материала;h 6 is the thickness of the layer of porous material;
h7 - толщина второго слоя из высокотвердого неметаллического материала.h 7 - the thickness of the second layer of high hard non-metallic material.
Стойкость к воздействию пуль стрелкового оружия и механических средств взлома (сверла, фрезы, отрезные круги и т.п.) достигается тем, что в слоистую структуру введены два слоя из высокотвердого неметаллического материала, подложка, установленная к нему с внутренней стороны через слой защиты, и слой из пористого материала. Слой из твердого неметаллического материала дробит пулю и гасит ее энергию, а подложка, прилегающая к нему, останавливает весь поток осколков, вызванный дроблением пули и твердого слоя. Слой из пористого материала за счет своих высоких демпфирующих свойств защищает от повреждений второй слой из твердого неметаллического материала при механическом ударе со стороны подложки при воздействии пуль. Сохранность второго слоя из высокотвердого неметаллического материала важна для обеспечения стойкости слоистой структуры при последующем воздействии (после воздействия пуль) различных средств механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги и т.п.). Причем эта стойкость сохраняется при воздействии высокотемпературного пожара и локального нагрева при автогенной или электродуговой резке за счет защиты, установленной на внутренней стороне высокотвердого неметаллического слоя. Защита при нагреве изменяет свое фазовое состояние, интенсивно поглощает тепло и тем самым защищает подложку от расплавления или термодеструкции. При этом геометрические размеры (объем) защиты практически не изменяются. Это достигается за счет того, что защита имеет микронеоднородности, связанные с наличием в ней двух фаз - волокон и матрицы. При этом исключается повреждение конструкции слоистой структуры в результате фазового перехода материала. Отвод тепла осуществляется через каналы посредством клапанов, расположенных в корпусе слоистой структуры. Защита из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, объединена в единый слой, что, кроме вышеописанной функции, в сочетании со слоем из термостойкого материала, установленного на внешней стороне слоя из высокотвердого неметаллического материала, позволяет исключить термический удар на указанный высокотвердый слой при воздействии пожара, автогена или электродугового резака, имеющих высокий локальный темп нагрева. Таким образом, слой из высокотвердого неметаллического материала защищается от растрескивания при резких температурных перепадах. Подложка выполнена из не менее двух слоев, причем слой, непосредственно прилегающий к высокотвердому слою через посредство защиты, имеет такие физико-механические характеристики (относительное удлинение и прочность при растяжении), которые компенсируют их недостаток в высокотвердом слое. Последующий слой подложки имеет характеристики, которые ограничивают деформацию всей подложки в целом и позволяют окончательно затормозить поток осколков от разрушенной пули и от осколков, образовавшихся в локальной зоне воздействия пули. Подбор заявляемых слоев с указанными характеристиками, их взаимное расположение и выбор толщины слоев создает в совокупности эффект плавающего тела - подвижности при приложении усилий. За счет этого слоистая структура является стойкой к воздействию различных средств взлома механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги, диски). При этом за счет знакопеременных ударов со стороны слоя из высокотвердого неметаллического материала по инструменту происходит его повреждение или полное разрушение. Указанная подвижность элементов слоистой структуры достигается за счет того, что все ее слои окружены слоем из упругого неметаллического материала. Причем толщина h5 упругого слоя связана с толщиной h4 подложки таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая величина хода (амплитуды) слоистой структуры и сила упругости (удара), соизмеримая или большая прочности инструмента средств взлома. При уменьшении толщины упругого слоя от заявляемой величина силы удара может увеличиваться, но амплитуда при этом будет уменьшаться. Поломки инструмента может не произойти. И, наоборот, при значительном увеличении указанной толщины растет амплитуда и падает сила удара, что также может не привести к поломке инструмента. Толщина подложки h4 выбрана таким образом, чтобы компенсировать недостающую в первом высокотвердом слое из неметаллического материала прочность при растяжении, улавливать образовавшиеся осколки и ограничивать деформации последующих элементов конструкции слоистой структуры. При уменьшении толщины подложки по сравнению с заявляемой возможны сильное разрушение высокотвердого неметаллического слоя и сквозное пробитие подложки и всей слоистой структуры. При значительном ее утолщении возможно ее частичное расплавление, так как толщины защиты может быть недостаточно, чтобы успеть отвести тепло от слоев подложки. Кроме того, при этом растут габариты и масса слоистой структуры.Resistance to small arms bullets and mechanical hacking tools (drills, milling cutters, cutting wheels, etc.) is achieved by the fact that two layers of high-hard non-metallic material are introduced into the layered structure, a substrate mounted to it from the inside through a protection layer, and a layer of porous material. A layer of solid non-metallic material crushes the bullet and extinguishes its energy, and the substrate adjacent to it stops the entire stream of fragments caused by the fragmentation of the bullet and solid layer. The layer of porous material due to its high damping properties protects against damage the second layer of solid non-metallic material during mechanical shock from the side of the substrate when exposed to bullets. The safety of the second layer of high-hard non-metallic material is important to ensure the stability of the layered structure during the subsequent exposure (after exposure to bullets) to various mechanical means (drills, milling cutters, cutting wheels, etc.). Moreover, this resistance is maintained when exposed to a high-temperature fire and local heating during autogenous or electric arc cutting due to the protection installed on the inner side of the high-hard non-metallic layer. Protection during heating changes its phase state, intensively absorbs heat and thereby protects the substrate from melting or thermal degradation. In this case, the geometric dimensions (volume) of the protection are practically unchanged. This is achieved due to the fact that the protection has microinhomogeneities associated with the presence of two phases in it - fibers and matrix. This eliminates structural damage to the layered structure as a result of a phase transition of the material. Heat is removed through channels through valves located in the housing of the layered structure. Protection from a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat is combined into a single layer, which, in addition to the above function, in combination with a layer of heat-resistant material installed on the outside of the layer of high-hard non-metallic material, eliminates thermal shock on the specified high hard layer when exposed to fire, autogenous or electric arc torch having a high local heating rate. Thus, a layer of high hard non-metallic material is protected from cracking during sharp temperature changes. The substrate is made of at least two layers, the layer directly adjacent to the high-hardness layer through protection, has such physical and mechanical characteristics (elongation and tensile strength) that compensate for their lack of a high-hardness layer. The subsequent layer of the substrate has characteristics that limit the deformation of the entire substrate as a whole and can finally inhibit the flow of fragments from the destroyed bullet and from fragments formed in the local area of the bullet. The selection of the claimed layers with the indicated characteristics, their relative position and the choice of layer thickness creates the effect of a floating body - mobility when applied. Due to this, the layered structure is resistant to the effects of various hacking tools of a mechanical type (drills, mills, cutting wheels, disks). At the same time, due to alternating impacts from the side of the layer of high hard non-metallic material, the tool is damaged or completely destroyed. The indicated mobility of the elements of the layered structure is achieved due to the fact that all its layers are surrounded by a layer of elastic non-metallic material. Moreover, the thickness h 5 of the elastic layer is connected with the thickness h 4 of the substrate in such a way as to ensure the necessary value of the course (amplitude) of the layered structure and the strength of elasticity (impact), comparable or greater strength of the cracking tool. When reducing the thickness of the elastic layer from the claimed value of the impact force may increase, but the amplitude will decrease. Tool breakage may not occur. And, on the contrary, with a significant increase in the indicated thickness, the amplitude increases and the impact force decreases, which also may not lead to tool breakage. The thickness of the substrate h 4 is selected in such a way as to compensate for the tensile strength that is missing in the first high-hard layer of non-metallic material, to capture the resulting fragments and limit the deformation of subsequent structural elements of the layered structure. With a decrease in the thickness of the substrate in comparison with the claimed one, severe destruction of the high-hard non-metallic layer and through penetration of the substrate and the entire layered structure are possible. With its significant thickening, its partial melting is possible, since the thickness of the protection may not be enough to have time to remove heat from the substrate layers. In addition, the dimensions and mass of the layered structure increase.
Толщина слоя h3 защиты из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, выбрана из условия достаточности для отвода тепла от подложки и исключения теплового удара на высокотвердый слой из неметаллического материала. Если увеличить его толщину по сравнению с заявляемой, то ухудшится контакт подложки с первым высокотвердым слоем. Этот слой будет легко разрушаться при механическом ударе или обстреле пулями из-за отсутствия снятия с него растягивающих напряжений со стороны слоев подложки. Уменьшение указанной толщины защиты приводит к расплавлению или термодеструкции слоев подложки, а также к растрескиванию первого высокотвердого слоя, что недопустимо.The thickness of the layer of protection h 3 from a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat, is selected from the condition of sufficiency to remove heat from the substrate and eliminate heat shock to a high-hard layer of non-metallic material. If you increase its thickness compared to the claimed, the contact of the substrate with the first highly hard layer will deteriorate. This layer will be easily destroyed by mechanical shock or firing by bullets due to the absence of removal of tensile stresses from it from the side of the substrate layers. Reducing the specified thickness of the protection leads to the melting or thermal destruction of the layers of the substrate, as well as to cracking of the first high-hard layer, which is unacceptable.
Толщина h2 первого слоя из высокотвердого неметаллического материала выбирается из условия обеспечения необходимой стойкости к воздействию пуль стрелкового оружия. Эта величина выступает в качестве исходного параметра при конструировании слоистой структуры.The thickness h 2 of the first layer of high hard non-metallic material is selected from the condition of providing the necessary resistance to small arms bullets. This value acts as an initial parameter when constructing a layered structure.
Толщина h1 слоя из термостойкого материала выбирается из условия обеспечения затяжного плавного разогрева первого слоя из высокотвердого неметаллического материала для исключения образования в нем трещин при термическом ударе.The thickness h 1 of a layer of heat-resistant material is selected from the condition of providing prolonged smooth heating of the first layer of high-hard non-metallic material to prevent the formation of cracks in it during thermal shock.
Кроме того, дополнительная стойкость к воздействию автогена достигается за счет засорения продуктами термодеструкции упругого неметаллического материала, окружающего слоистую структуру, к воздействию электродугового резака - за счет сильной адгезии (прилипания) продуктов термодеструкции упругого неметаллического материала к электроду и размыкании электрической цепи.In addition, additional resistance to autogenous effects is achieved due to clogging with thermal degradation products of the elastic non-metallic material surrounding the layered structure, to the action of the electric arc cutter - due to the strong adhesion (sticking) of thermal degradation products of the elastic non-metallic material to the electrode and opening of the electric circuit.
Повышенная стойкость слоистой структуры к воздействию механических средств взлома, особенно после воздействия пуль, обеспечивается вторым слоем из высокотвердого неметаллического материала, который сохраняет свою целостность после любых предыдущих механических воздействий. Это достигается за счет установки между подложкой и вторым слоем из высокотвердого материала слоя из пористого материала, который защищает высокотвердый слой от механических ударов за счет своих высоких демпфирующих свойств. Толщина h6 пористого слоя выбирается из условия исключения контакта деформирующейся при ударе подложки со вторым слоем из высокотвердого материала, т.е. она должна быть, как минимум, равной максимальной величине деформации подложки. Толщина h7 второго слоя из высокотвердого неметаллического материала выбирается из условия обеспечения его неразрушения при смятии подложкой пористого слоя.The increased resistance of the layered structure to mechanical cracking, especially after exposure to bullets, is provided by a second layer of highly hard non-metallic material, which retains its integrity after any previous mechanical influences. This is achieved by installing between the substrate and the second layer of high-hardness material a layer of porous material that protects the high-hardness layer from mechanical shock due to its high damping properties. The thickness h 6 of the porous layer is selected so as to exclude contact of the substrate deformable upon impact with the second layer of high hard material, i.e. it should be at least equal to the maximum value of the deformation of the substrate. The thickness h 7 of the second layer of high hard non-metallic material is selected from the condition of ensuring its non-destruction when the substrate is crushed by the porous layer.
Важным является то, что слоистая структура в силу оптимизации конструкции (подбора материалов и их расположения - последовательности) не теряет своих защитных свойств даже после воздействия высокотемпературного пожара (+1000°С в течение одного и более часов), при этом сохраняется эффект плавающего слоя и не повреждаются внутренние слои.It is important that the layered structure, due to the optimization of the design (selection of materials and their location - sequence), does not lose its protective properties even after exposure to a high-temperature fire (+ 1000 ° C for one or more hours), while the effect of the floating layer and the inner layers are not damaged.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту объекта от высокотемпературного пожара с температурой до 1000°С в течение одного часа и более, локального воздействия высоких температур при автогенной или электродуговой разрезке, механических воздействий различных средств взлома (сверла, фрезы, разрезные круги и т.п.), воздействия пуль стрелкового оружия с последующим воздействием механических средств взлома за счет обеспечения сохранности второго слоя из высокотвердого неметаллического материала, т.е. защищает объект от комплексного воздействия.Thus, the claimed technical solution provides reliable protection of the object from a high-temperature fire with a temperature of up to 1000 ° C for one hour or more, local exposure to high temperatures during autogenous or electric arc cutting, mechanical effects of various breaking tools (drills, milling cutters, cutting circles, etc.) .p.), the impact of small arms bullets, followed by mechanical hacking due to the safety of the second layer of high-hard non-metallic material, i.e. protects the object from complex effects.
На фиг. 1 показан пример конкретного выполнения слоистой структуры, а на рис.2 - картина взаимодействия средств взлома и поражающих факторов со слоистой структурой, где:In FIG. Figure 1 shows an example of a specific implementation of a layered structure, and Fig. 2 shows a picture of the interaction of hacking tools and damaging factors with a layered structure, where:
1 - слой из термостойкого материала;1 - layer of heat-resistant material;
2 - слой из высокотвердого неметаллического материала;2 - a layer of high hard non-metallic material;
3 - защита из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойствами поглощать тепло;3 - protection from heat-resistant material and material that changes the phase state and has the ability to absorb heat;
4 - подложка;4 - substrate;
5 - второй слой из высокотвердого неметаллического материала;5 - the second layer of high hard non-metallic material;
6 - слой из пористого материала;6 - layer of porous material;
7 - слой из упругого неметаллического материала;7 - a layer of elastic non-metallic material;
8 - прочный корпус;8 - durable case;
9 - канал для отвода тепловой энергии и газовой составляющей, выделяющейся из слоев конструкции;9 - channel for the removal of thermal energy and the gas component released from the layers of the structure;
10 - клапан;10 - valve;
11 - пуля;11 - a bullet;
12 - струя автогенного резака;12 - jet autogenous torch;
13 - электрод электродугового резака;13 - electrode of an electric arc torch;
14 - сверло (фреза);14 - drill (cutter);
15 - отрезной круг;15 - cutting wheel;
h1 - толщина слоя из термостойкого материала;h 1 - the thickness of the layer of heat-resistant material;
h2 - толщина первого слоя из высокотвердого неметаллического материала;h 2 - the thickness of the first layer of high hard non-metallic material;
h3 - толщина слоя защиты из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло;h 3 - the thickness of the protective layer of heat-resistant material and material that changes the phase state and has the property to absorb heat;
h4 - толщина подложки;h 4 is the thickness of the substrate;
h5 - толщина слоя из упругого неметаллического материала;h 5 - the thickness of the layer of elastic non-metallic material;
h6 - толщина слоя из пористого материала;h 6 is the thickness of the layer of porous material;
h7 - толщина второго слоя из высокотвердого неметаллического материала.h 7 - the thickness of the second layer of high hard non-metallic material.
Слоистая структура содержит прочный корпус 8, в котором размещена защита 3 из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, слой 2 из высокотвердого неметаллического материала. На внешней стороне слоя 2 установлен слой 1 из термостойкого материала. Защита 3 представляет единый слой и установлена на внутренней стороне первого слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала. Вплотную к защите 3 установлена подложка 4 из не менее двух слоев, первый - из материала с относительным удлинением не менее 20%, прочностью при растяжении от 100 до 360 МПа, второй - из материала с относительным удлинением не более 25%, прочностью при растяжении не менее 370 МПа. Слой 6 из пористого материала расположен между подложкой 4 и вторым слоем 5 из высокотвердого неметаллического материала. Все слои окружены слоем 7 из упругого неметаллического материала, например шпатлевки, эластомера или резины.The layered structure contains a
Слоистая структура работает следующим образом.The layered structure works as follows.
При воздействии пули 11, как правило, пробивается прочный корпус 8 слоистой структуры и слой 7 из упругого неметаллического материала. Еще до контакта пули 11с первым слоем 2 из высокотвердого неметаллического материала вся конструкции слоистой структуры получает механические возмущения в виде колебаний. Поэтому в первый момент контакта со слоем 2 из высокотвердого неметаллического материала пуля 11 испытывает знакопеременные ударные нагрузки различной интенсивности, которые усиливаются по мере ее внедрения в слой 2. Это приводит в усилению процесса разрушения пули 11 при взаимодействии ее с первым слоем 2 из высокотвердого неметаллического материала. Поскольку слой 2 тоже испытывает такие же нагрузки, что и пуля 11, сопровождающиеся то его сжатием, то его растяжением, для снятия растягивающих с него усилий предназначен, с одной стороны, слой подложки 4, выполненный из материала с относительным удлинением не менее 20%, прочностью при растяжении от 100 до 360 МПа. С другой стороны, этот слой значительно гасит энергию разрушенной пули 11 и осколков слоя 2. Окончательно поглощение энергии пули 11 и осколков выполняет слой подложки 4 из материала с относительным удлинением не более 25% и прочностью при растяжении не менее 370 МПа. Этот слой также ограничивает деформацию слоистой структуры при пулевом воздействии.When exposed to a
При воздействии на слоистую структуру механических средств взлома 14, 15 (инструменты: сверло, фреза, отрезной круг и т.п.) происходят следующие процессы. Инструменты 14, 15 сравнительно легко достигают первого слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала. Момент контакта инструментов 14, 15 со слоем 2 из-за легкости и короткого промежутка времени проникания через прочный корпус 8 и слой 9 из упругого неметаллического материала носит ударный характер с последующим резким торможением. При этом возможны следующие исходы:When exposed to the layered structure of
- поломка инструментов 14, 13 из-за появления в них зон пластических деформаций;- failure of
- упругое деформирование инструментов 12, 15, при этом возврат инструментов 14, 15 в исходное положение приводит в движение слой 2 в направлении внедрения инструментов 14, 15 в слоистую структуру, происходит сжатие слоя 7 из упругого неметаллического материала и механический удар со стороны слоя 2 по инструментам 14,15. Процесс повторяется до полного разрушения инструментов.- elastic deformation of the
Воздействие струи 12 автогенного резака вызывает разрушение корпуса 8 и термодеструкцию слоя 7 из упругого неметаллического материала. Продукты термодеструкции вымываются струей 12 наружу. При этом они оседают на рабочем органе (форсунке) автогенного резака и засоряют его проходное сечение. Автогенный резак выходит из строя. Защита первого слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала от растрескивания при высокоинтенсивном тепловом разогреве в локальной зоне осуществляется слоем 1 из термостойкого материала, позволяющего затянуть процесс нагрева слоя 2 и рассредоточить тепловой поток на большую область.The impact of the
Электрод электродугового резака 13 проплавляет корпус 8 и вступает в контакт со слоем 7 из упругого неметаллического материала. Продукты расплавления и термодеструкции слоя 7 прилипают к рабочей части электрода 13, происходит размыкание электрической цепи, и электродуговой резак прекращает свою работу. Восстановлению электрод 13 не подлежит из-за высокой адгезионной прочности продуктов плавления и термодеструкции слоя 7.The electrode of the
В случае если на слоистую структуру воздействует сначала пуля 11, а затем другие средства взлома, происходит следующее. Разрушается первый слой 2 из высокотвердого неметаллического материала, сильно деформируется подложка 4, проминается слой из пористого материала 6. Второй слой 5 из высокотвердого неметаллического материала сохраняет свою целостность. При этом последующее воздействие других средств взлома не приводит к появлению в слоистой структуре сквозного отверстия.In the event that the
Воздействие высокотемпературного пожара с высоким темпом разогрева практически не приводит к повреждению слоистой структуры. Слой 2 из высокотвердого неметаллического материала защищен от недопустимого разогрева слоем 1 из термостойкого материала и защитой 3, которая в свою очередь из-за фазового перехода, входящего в нее слоя, поглощает тепло и тем самым исключает расплавление или термодеструкцию слоев подложки 4. Отвод тепловой энергии и газовой составляющей, выделяющейся из слоев конструкции, в окружающею среду происходит по каналам 9 через клапаны 10.The effect of a high-temperature fire with a high heating rate practically does not damage the layered structure. Layer 2 of high-hard non-metallic material is protected from unacceptable heating by layer 1 of heat-resistant material and protection 3, which, in turn, absorbs heat due to the phase transition of the layer entering it, and thereby eliminates the melting or thermal degradation of substrate layers 4. Heat energy removal and the gas component released from the layers of the structure, into the environment occurs through the channels 9 through the
В качестве примера конкретного промышленного выполнения слоистой структуры предложено следующее исполнение:As an example of a specific industrial implementation of the layered structure, the following implementation is proposed:
Прочный корпус 8 выполнен из стали 30ХГСА. В корпусе 8 с толщиной стенок 3 мм размещена защита 3 толщиной h3=3 мм из теплостойкого стекломатериала и материала на основе эпоксидного связующего, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло. Слой 2 толщиной h2=14 мм выполнен из высокотвердого неметаллического материала на основе корундовой керамики. На внешней стороне слоя 2 установлен слой 1 толщиной h1=1,5 мм из термостойкого стекломатериала. Защита 3 установлена на внутренней стороне первого слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала. Вплотную к защите 3 установлена подложка 4 толщиной h4=7 мм из двух слоев: первый - из алюминиевого сплава с относительным удлинением 24%, прочностью при растяжении 250 МПа, второй - из стали с относительным удлинением 20%, прочностью при растяжении 380 МПа. Слой 6 из пористого материала толщиной h6=7 мм расположен между подложкой 4 и вторым слоем 5 из высокотвердого неметаллического материала толщиной h7=7 мм. Все слои окружены слоем 9 толщиной h5=4 мм из упругого неметаллического материала на основе каучуковой резины. Толщины слоев выбраны в следующих соотношениях:
h1=0,1h2, h3=2h1, h4=0,5h2, h5=0,57h4, h6=0,5h2, h7=h6.h 1 = 0.1h2, h 3 = 2h 1 , h 4 = 0.5h 2 , h 5 = 0.57h 4 , h 6 = 0.5h 2 , h 7 = h 6 .
Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке защиты объекта от воздействия средств взлома таких, как механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги и т.п.), автогена, электродугового резака, прострела, прострела с последующим воздействием механических средств взлома, и получить технический результат в виде повышения защитных свойств слоистой структуры путем создания эффекта плавающего слоя и введения в конструкцию двух новых защитных слоев и определенного расположения их в ней, приводящих к уменьшению повреждения внутренних слоев структуры и к обеспечению стойкости к комплексным воздействиям пуль стрелкового оружия, механических средств взлома, высокотемпературного пожара с температурой до 1000°С в течение одного часа и более и локальным воздействиям высоких температур автогенного и электродугового резаков.The inventive design allows us to solve the problem of developing the protection of the object from the effects of hacking tools such as mechanical type (drills, milling cutters, cutting wheels, etc.), autogenous, electric arc cutter, backache, backache with subsequent exposure to mechanical means of breaking, and get the technical result in the form of increasing the protective properties of the layered structure by creating the effect of a floating layer and introducing into the design two new protective layers and their specific location in it, leading to a decrease in stated failures inner layers of the structure and to provide resistance to the complex effects of small arms bullets, mechanical breaking means, a high-temperature fire with temperature up to 1000 ° C for one hour or more and local effects of high temperatures and autogenous arc cutting torches.
Проведенные испытания на моделях подтвердили заявляемый технический результат.The tests on the models confirmed the claimed technical result.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004127295/12A RU2278937C2 (en) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | Laminated structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004127295/12A RU2278937C2 (en) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | Laminated structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004127295A RU2004127295A (en) | 2006-02-20 |
RU2278937C2 true RU2278937C2 (en) | 2006-06-27 |
Family
ID=36050668
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004127295/12A RU2278937C2 (en) | 2004-09-13 | 2004-09-13 | Laminated structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2278937C2 (en) |
-
2004
- 2004-09-13 RU RU2004127295/12A patent/RU2278937C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004127295A (en) | 2006-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8590437B2 (en) | Blast effect mitigating assembly using aerogels | |
US8578866B2 (en) | Container for storing objects, and an absorber element for such a container | |
Scazzosi et al. | FE coupled to SPH numerical model for the simulation of high-velocity impact on ceramic based ballistic shields | |
US20170301968A1 (en) | Thermal isolation material and methods of making and using the same | |
EP1689828B1 (en) | Fire mitigation | |
JP2013534509A (en) | Fireproof laminated glass | |
KR20090127285A (en) | Armor system and method for defeating high energy projectiles that include metal jets | |
RU2555373C2 (en) | Reactive protection system | |
WO2007064367A2 (en) | Apparatus comprising armor | |
Chabera et al. | Comparison of numerical and experimental study of armour system based on alumina and silicon carbide ceramics | |
RU2278937C2 (en) | Laminated structure | |
Zhang et al. | High-hardness polyurea coated steel plates subjected to combined loadings of shock wave and fragments | |
RU2271932C1 (en) | Laminated structure | |
WO2015031346A1 (en) | Tamper resistant bicycle lock | |
EP0152880B1 (en) | Security door assembly | |
CN104343356A (en) | Explosion fire door | |
RU2310588C1 (en) | Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers | |
CN113882545A (en) | Explosion-proof wall structure and explosion-proof wall applying same | |
RU2331447C1 (en) | System of anti-fire and anti-explosion protection of buildings and structures | |
RU2355991C2 (en) | Heat protective armour layered system | |
RU2110659C1 (en) | Plate for protection against burglary | |
CN112556498A (en) | Preparation method of light and explosion-proof material | |
CN101408043A (en) | Bidirectional fire-proof and exposition-proof transparent barrier | |
CN107355581B (en) | Rigid fireproof box | |
RU2337305C1 (en) | Laminar armour plate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120914 |