RU2381955C2 - Panel of curvilinear shape and method of its manufacturing - Google Patents
Panel of curvilinear shape and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381955C2 RU2381955C2 RU2006106453/11A RU2006106453A RU2381955C2 RU 2381955 C2 RU2381955 C2 RU 2381955C2 RU 2006106453/11 A RU2006106453/11 A RU 2006106453/11A RU 2006106453 A RU2006106453 A RU 2006106453A RU 2381955 C2 RU2381955 C2 RU 2381955C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- line
- zigzag
- angle
- filler
- segment
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства панелей и оболочек с легкими заполнителями и может быть использовано при изготовлении многослойных панелей в самолетостроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности.The invention relates to the production of panels and shells with lightweight aggregates and can be used in the manufacture of multilayer panels in aircraft, shipbuilding, construction and other industries.
Известна конструкция многослойной панели, в которой гофрированный заполнитель имеет увеличенные площади контакта между обшивками и заполнителем за счет канавок треугольной формы, выполненных вдоль линий выступов и впадин (Авторское свидетельство СССР №1646196, МКИ В64С 3/26. Многослойная панель. - Опубл. 21.08.91. Бюл. №31).A known design of a multilayer panel in which corrugated filler has increased contact areas between the skin and the filler due to triangular grooves made along the lines of protrusions and depressions (USSR Author's Certificate No. 1646196, MKI B64C 3/26. Multilayer panel. - Publ. 21.08. 91. Bull. No. 31).
Недостаток данной конструкции заполнителя заключается в использовании дополнительного композиционного материала, заполняющего канавки, что усложняет технологический процесс изготовления и сборки, ведет к повышению удельных массовых характеристик многослойной панели. Кроме того, при хорошем соединении заполнителя с обшивками данная конструкция при действии на панель сжимающих и растягивающих усилий не обладает удовлетворительными прочностными характеристиками по сравнению, например, с сотовыми заполнителями, в которых грани расположены перпендикулярно к обшивкам.The disadvantage of this aggregate design is the use of additional composite material filling the grooves, which complicates the manufacturing and assembly process, leads to an increase in the specific mass characteristics of the multilayer panel. In addition, with a good connection of the filler with the casing, this design, when subjected to compressive and tensile forces on the panel, does not have satisfactory strength characteristics in comparison with, for example, honeycomb fillers in which the faces are perpendicular to the casing.
В качестве прототипа выбрана известная многослойная панель, в которой гофрированный заполнитель имеет увеличенные площади контакта между обшивками и заполнителем за счет того, что в ней площадки контакта заполнителя с нижней обшивкой выполнены криволинейными в виде чечевицеобразных элементов, размещенных при впадинах боковых граней заполнителя, а площадки контакта заполнителя с верхней обшивкой также выполнены криволинейными в виде композиционного материала, расположенного между боковыми гранями заполнителя при его вершинах (Патент RU №20382653, В64С 3/26. Многослойная панель. - Опубл. 27.06.95).As a prototype, a well-known multilayer panel was selected in which the corrugated aggregate has increased contact areas between the skin and the core due to the fact that the contact areas of the core and the lower skin are curved in the form of lenticular elements located at the depressions of the side faces of the core and the contact area the filler with the upper skin is also made curved in the form of a composite material located between the side faces of the filler at its vertices (Pat t RU №20382653,
Недостаток данной конструкции заполнителя заключается в сложности изготовления увеличенных площадей контакта, выполненных криволинейными в виде чечевицеобразных элементов.The disadvantage of this aggregate design is the difficulty in manufacturing the enlarged contact areas made curved in the form of lenticular elements.
Известен способ изготовления многослойной панели, в которой увеличение прочности и жесткости панели достигается за счет того, что сотовый заполнитель изготавливают из полос материала заданной расчетом ширины и смежные полосы объемного заполнителя шарнирно соединяют между собой с равным шагом в их нижней зоне. Затем производят приклеивание наружной и внутренней обшивок к объемному заполнителю (Авторское свидетельство SU №1078007, МКИ В32В 3/12. Трехслойная панель. - Опубл. 07.03.84. Бюл. №9).A known method of manufacturing a multilayer panel, in which an increase in the strength and rigidity of the panel is achieved due to the fact that the honeycomb core is made of strips of material specified by the calculation of the width and adjacent strips of the bulky filler are articulated to each other with an equal pitch in their lower zone. Then, the outer and inner skins are glued to the bulky filler (Copyright Certificate SU No. 1078007, MKI
Недостаток данного способа заключается в сложности изготовления шарнирного соединителя и последующего его присоединения к полосам заполнителя.The disadvantage of this method lies in the complexity of manufacturing the articulated connector and its subsequent connection to the filler strips.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления многослойной панели, в которой увеличение прочности и жесткости панели достигается за счет того, что заполнитель изготавливают в виде двух слоев зигзагообразного гофра, при этом основной гофрированный слой соединяют с верхней и нижней обшивками, а дополнительный гофрированный слой - с верхней обшивкой и основным гофрированным слоем. Устройство, реализованное по данному способу, принято за прототип (Авторское свидетельство СССР №1830326, МКИ В23К 20/00. Способ изготовления многослойной панели криволинейной формы с зигзагообразным гофрированным заполнителем. - Опубл. 30.07.93. Бюл. №28).The closest in technical essence is a method of manufacturing a multilayer panel, in which an increase in the strength and rigidity of the panel is achieved due to the fact that the filler is made in the form of two layers of a zigzag corrugation, while the main corrugated layer is connected to the upper and lower casing, and the additional corrugated layer is with top lining and main corrugated layer. The device implemented by this method is taken as a prototype (USSR Author's Certificate No. 1830326, MKI V23K 20/00. A method for manufacturing a multilayer curved-shaped panel with a zigzag corrugated filler. - Publish. 30.07.93. Bull. No. 28).
Недостаток данного способа заключается в том, что использование двух слоев заполнителя с различными геометрическими параметрами повышает массу панели и требует изготовления различных между собой по конструктивному исполнению оснасток, что повышает материалоемкость и трудоемкость изготовления.The disadvantage of this method is that the use of two layers of filler with different geometric parameters increases the weight of the panel and requires the manufacture of different hardware designs, which increases the material consumption and the complexity of manufacturing.
Цель изобретения - повышение прочности и жесткости панели криволинейной формы, содержащей обшивки и заполнитель на основе зигзагообразного гофра путем организации в составе заполнителя ячеек с вертикальными стенками.The purpose of the invention is to increase the strength and stiffness of a curvilinear panel containing plating and filler based on a zigzag corrugation by organizing cells with vertical walls as a part of the filler.
Цель достигается тем, что в известной панели, содержащей верхнюю и нижнюю обшивки и размещенный между ними зигзагообразный гофрированный заполнитель, разворачивающийся на плоскость, с боковыми гранями, расположенными под углом одна к другой с образованием чередующихся выступов и впадин, согласно предложенному техническому решению заполнитель выполнен в виде складчатой конструкции спиралевидной структуры, содержащей в своем конечно-трансформированном состоянии вдоль каждой пилообразной линии ячейки, ограниченные наклонными и вертикальными стенками, образованными двумя парами смежных граней в виде неправильных четырехугольников, разделенных отрезком зигзагообразной линии, наклоненной к пилообразной линии, общей для обеих пар, под углом α1, а наклонные стенки ячейки образованы парой смежных граней, разделенных отрезком зигзагообразной линии, наклоненной к той же пилообразной линии под углом α2, при этом выполняется условие α1<α2.The goal is achieved by the fact that in the known panel containing the upper and lower sheathing and placed between them a zigzag corrugated filler, unfolding on a plane, with side faces at an angle to one another with the formation of alternating protrusions and depressions, according to the proposed technical solution, the filler is made in in the form of a folded design of a spiral structure containing, in its finite-transformed state, along each sawtooth line of the cell, limited by inclined and vertically -trivial walls defined by two pairs of adjacent faces in the form of irregular quadrilaterals split segment zigzag line inclined to the sawtooth line common to both pairs, at an angle α 1, and the sloping walls of the cell are formed by a pair of adjacent faces separated by a segment of the zigzag line, tilted to the same the sawtooth line at an angle α 2 , while the condition α 1 <α 2 .
По способу изготовления многослойной панели криволинейной формы цель достигается тем, что в известном способе, включающем раздельное формообразование наружных обшивок заданной кривизны и слоя заполнителя, получаемого путем изгиба листовой заготовки по намеченным на развертке зигзагообразным линиям выступов и впадин, согласно изобретению листовую заготовку, на первом этапе, размечают по всей площади повторяющимися одинаковыми по форме, размерам и ориентации элементарными модулями с геометрическими параметрами а0, a1, b0, b1, β0, β1, β2. На втором этапе листовую заготовку трансформируют в рельефное положение, в котором она принимает вид структуры, распространяемой по винтовой линии. На третьем этапе полученную складчатую конструкцию формообразуют до конечно-трансформированного состояния, характеризующегося образованием ячеек, ограниченных наклонными и вертикальными стенками. Конечно-трансформированное состояние складчатой конструкции определяется значением угла αпред.According to the method of manufacturing a multilayer panel of a curvilinear shape, the goal is achieved by the fact that in the known method, comprising separately shaping the outer skin of a given curvature and a filler layer obtained by bending the sheet blank according to the zigzag lines of the protrusions and troughs outlined according to the invention, the sheet blank at the first stage , mark over the entire area by repeating the same shape, size and orientation of the elementary units with the geometric parameters a 0, a 1, b 0, b 1, β 0, β 1, 2. At the second stage, the sheet blank is transformed into a relief position in which it takes the form of a structure distributed along a helical line. At the third stage, the resulting folded structure is formed to a finite-transformed state characterized by the formation of cells bounded by inclined and vertical walls. The finite-transformed state of the folded structure is determined by the value of the angle α before .
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art cited by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed technical solution. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty."
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The search results for known solutions in the art in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed technical solution on the achievement of the specified technical result is not known. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид сбоку на складчатый заполнитель в его промежуточном положении. На фиг.2 показан тот же складчатый заполнитель в конечно-трансформированном состоянии. На фиг.3 показано сечение А-А складчатого заполнителя по фиг.1. Стрелками показано направление перемещения граней заполнителя в процессе его сжатия. На фиг.4 показано сечение Б-Б складчатого заполнителя по фиг.2.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a side view of a folded filler in its intermediate position. Figure 2 shows the same folded placeholder in a finite-transformed state. Figure 3 shows a section aa of the folded filler of figure 1. The arrows show the direction of movement of the filler faces in the process of compression. Figure 4 shows a section bB of the folded aggregate of figure 2.
В конечно-трансформированном состоянии две пары граней, смежных по пилообразной линии, формируют ячейку, ограниченную наклонными и вертикальными стенками. Эти стенки образованы двумя парами смежных граней в виде неправильных четырехугольников, разделенных отрезком зигзагообразной линии, наклоненной к пилообразной линии, общей для обеих пар, под углом α1, а наклонные стенки ячейки образованы парой смежных граней, разделенных отрезком зигзагообразной линии, наклоненной к той же пилообразной линии под углом α2, при этом выполняется условие α1<α2.In a finite-transformed state, two pairs of faces adjacent along a sawtooth line form a cell bounded by inclined and vertical walls. These walls are formed by two pairs of adjacent faces in the form of irregular quadrangles separated by a segment of a zigzag line inclined to a sawtooth line common to both pairs at an angle α 1 , and the inclined cell walls are formed by a pair of adjacent faces separated by a segment of a zigzag line inclined to the same sawtooth line at an angle α 2 , while the condition α 1 <α 2 .
Предлагаемый заполнитель изготавливают новым способом. Сущность нового способа поясняется чертежами, где на фиг.5 показан элементарный модуль складчатой структуры в плоском состоянии (на развертке). На фиг.6 показан элементарный модуль складчатой структуры в рельефном состоянии, образованном поворотом ребер, соединяющих узловые зоны (уз.) 1-0 и 0-5, вокруг узловой зоны 0 в плоскости YгOZг. Также показано положение и ориентация осей Хг, Yг и Zг системы координат гофра (СКг). На фиг.7 показаны два направления распространения структуры: направление 1 - прямолинейное, направление 2 - вдоль винтовой линии. На фиг.8 показано размещение и ориентация осей Хс, Yc и Zc системы координат винтовой линии (СКс) Xc0Yc. На фиг.9 поясняется порядок определения положения оси винтовой линии. На фиг.10 поясняется порядок определения шага винтовой линии. На фиг.11 поясняется процесс организации сплошной складчатой цилиндрической поверхности из спиралевидной складчатой структуры. На фиг.12 показан фрагмент спиралевидной складчатой структуры, сжатой до конечно-трансформированного состояния и содержащей ячейки, ограниченные вертикальными и наклонными стенками. На фиг.13 показана сплошная складчатая цилиндрическая поверхность с вертикальными стенками, полученная на основе спиралевидной складчатой структуры, сжатой до конечно-трансформированного состояния.The proposed aggregate is made in a new way. The essence of the new method is illustrated by drawings, where Fig. 5 shows an elementary module of a folded structure in a flat state (on a scan). Figure 6 shows the elementary module of the folded structure in a relief state formed by the rotation of the ribs connecting the nodal zones (nodes) 1-0 and 0-5, around the nodal zone 0 in the plane YgOZg. The position and orientation of the axes Xg, Yg, and Zg of the corrugation coordinate system (SCr) are also shown. Figure 7 shows two directions of the distribution of the structure:
На фиг.5-13 цифрами обозначены: 1 - пилообразные линии, 2 - зигзагообразные линии, 3 - ось винтовой линии, 4 - вертикальные стенки ячейки, 5 - наклонные стенки ячейки.5-13, the numbers denote: 1 - sawtooth lines, 2 - zigzag lines, 3 - axis of the helix, 4 - vertical cell walls, 5 - inclined cell walls.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.
На первом этапе листовую заготовку размечают зигзаго- и пилообразными линиями по длине и ширине таким образом, чтобы форма полученных повторяющихся восьмиугольников соответствовала форме развертки элементарного модуля, показанного на фиг.5.At the first stage, the sheet blank is marked with zigzag and sawtooth lines along the length and width so that the shape of the obtained repeating octagons matches the scan shape of the elementary module shown in Fig. 5.
На втором этапе листовую заготовку известными способами трансформируют в рельефное положение таким образом, чтобы ребра, соединяющие узел (уз).1-уз.0 и уз.0-уз.5 каждого элементарного модуля, поворачивались вокруг уз.0 в вертикальной плоскости, проходящей через уз.1 и уз.5. Такая трансформация влечет изменение положения остальных узловых зон, которые получают приращения по всем трем координатам и образуют объемную конструкцию (фиг.6). Угол между ребрами уз.1-уз.0 и уз.0-уз.5, характеризующий густоту рельефа и габаритные размеры складчатой конструкции, называется углом трансформирования α.At the second stage, the sheet blank is transformed by known methods into a relief position so that the edges connecting the knot (s) .1-knot.0 and knot.0-
Для описания формы складчатой конструкции в рельефном положении выделим два направления, вдоль которых будем рассматривать распространение ее элементарного модуля - направление вдоль зигзагообразных линий и направление вдоль пилообразных линий. Также введем систему координат гофра (СКг) такую, что начало СКг совпадает с уз.0, при этом ось Zг делит угол α пополам, ось Yг лежит в плоскости уз.0-уз.1-уз.5, а ось Хг образует правую прямоугольную декартову систему координат.To describe the shape of the folded structure in a relief position, we single out two directions along which we will consider the distribution of its elementary module — the direction along the zigzag lines and the direction along the sawtooth lines. We also introduce a corrugation coordinate system (SKg) such that the beginning of SKg coincides with knot 0, while the Zg axis divides the angle α in half, the Yg axis lies in the plane of knots 0-knots 1-
Анализ поведения узловых зон элементарного модуля в рельефном положении показывает, что распространение структуры в направлениях зигзаго- и пилообразных линий выполняется по различным законам.An analysis of the behavior of the nodal zones of the elementary module in the embossed position shows that the distribution of the structure in the directions of zigzag and sawtooth lines is carried out according to various laws.
В направлении зигзагообразной линии элементарные модули распространяются параллельно линиям, соединяющим уз.8-уз.2 и уз.6-уз.4 (направление 1 на фиг.7). Разница между углами β0 и β2 (фиг.5) приводит к появлению разницы по координате Yг между уз.2 и уз.8, уз.3 и уз.7, уз.4 и уз.6, в рельефном положении, и, как следствие, к искажению формы элементарного модуля в плоскости XгOYг (фактор 1).In the direction of the zigzag line, the elementary modules propagate parallel to the lines connecting nodes 8-
В направлении зигзагообразной линии элементарные модули распространяются по закону, определяемому разницей в координате Zг между узловыми зонами 4, 5, 6 (группа 1) и узловыми зонами 2, 1, 8 (группа 1), а также между узловыми зонами, входящими попарно в разные группы. Эта разница обусловлена разницей в углах β0, β1 и приводит к тому, что структура получает кривизну в продольной плоскости (фактор 2).In the direction of the zigzag line, elementary modules propagate according to the law determined by the difference in the coordinate Zг between the
Совокупное действие фактора 1 (искажение формы в плане) и фактора 2 (возникновение кривизны в плоскости Yг0Zг) приводит к тому, что каждый следующий по пилообразной линии модуль получает поворот одновременно вокруг оси Zг и оси Yг по отношению к предыдущему модулю. В результате структура вдоль пилообразной линии получает распространение по некоторой трехмерной кривой, описываемой уравнением винтовой линии.The combined action of factor 1 (distortion of the shape in the plan) and factor 2 (the occurrence of curvature in the Yy0Zy plane) leads to the fact that each module following the sawtooth line receives a rotation simultaneously around the Zy axis and the Yy axis with respect to the previous module. As a result, the structure along the sawtooth line is spread over a three-dimensional curve described by the helix equation.
На третьем этапе складчатую структуру формообразуют до конечно-трансформированного состояния, характеризуемого образованием ячеек, ограниченных наклонными и вертикальными стенками (соответственно 5 и 4 на фиг.12). Эти стенки образованы двумя парами смежных граней, разделяемых отрезками зигзагообразной линии, каждый из которых наклонен к общей пилообразной линии под углами α1 и α2 таким образом, что выполняется условиеAt the third stage, the folded structure is formed to a finite-transformed state, characterized by the formation of cells bounded by inclined and vertical walls (5 and 4 in FIG. 12, respectively). These walls are formed by two pairs of adjacent faces separated by segments of a zigzag line, each of which is inclined to a common sawtooth line at angles α 1 and α 2 so that the condition
α1<α2. Здесь α1 - угол между общей пилообразной линией и отрезком зигзагообразной линии, разделяющим пару смежных граней, образующих в конечно-трансформированном состоянии вертикальную стенку ячейки, α2 - угол между общей пилообразной линией и отрезком зигзагообразной линии, разделяющей пару смежных граней, образующих в конечно-трансформированном состоянии наклонные стенки ячейки. На фиг.5 грани, образованные узловыми зонами 1-2-3-0 и 3-4-5-0 в конечно-трансформированном состоянии образуют вертикальную стенку, а грани 1-0-7-8 и 0-5-6-7 образуют наклонные стенки ячеек, т.к. угол β2<β0.α 1 <α 2 . Here, α 1 is the angle between the common sawtooth line and the segment of the zigzag line dividing a pair of adjacent faces forming a vertical cell wall in a finite-transformed state, α 2 is the angle between the common sawtooth line and the segment of the zigzag line dividing a pair of adjacent faces forming in the finite -transformed state of the inclined cell wall. In Fig. 5, the faces formed by the nodal zones 1-2-3-0 and 3-4-5-0 in a finite-transformed state form a vertical wall, and the faces 1-0-7-8 and 0-5-6-7 form inclined cell walls, as angle β 2 <β 0 .
Геометрические размеры многослойной панели криволинейной формы определяются геометрическими параметрами содержащегося в ней складчатого заполнителя. Известны соотношения для получения геометрических параметров складчатой структуры одинарной кривизны (распространяемой вдоль пилообразной линии по плоской дуге), но они не пригодны для определения геометрических параметров структуры, распространяемой вдоль винтовой линии.The geometric dimensions of the multilayer curved panel are determined by the geometric parameters of the folded filler contained in it. Relations are known for obtaining the geometric parameters of the folded structure of a single curvature (propagated along a sawtooth line along a flat arc), but they are not suitable for determining the geometric parameters of the structure propagated along a helix.
Ниже приводится вывод соотношений, позволяющих установить зависимости между заданными технологическими параметрами заполнителя, распространяемого по винтовой линии, и искомыми конструктивными параметрами многослойной криволинейной панели в рельефном положении.The following is a conclusion of the relationships allowing us to establish the relationships between the specified technological parameters of the filler distributed along the helical line and the desired structural parameters of the multilayer curved panel in the embossed position.
Вывод зависимостей будем выполнять поэтапно. На первом этапе введем конструктивные и технологические параметры многослойной криволинейной панели и установим зависимости, связывающие координаты узловых зон элементарного модуля в рельефном положении (при некотором заданном угле трансформирования α) с заданными геометрическими параметрами а0, а1, b0, b1, β0, β1, β2 элементарного модуля на развертке. На втором этапе определим конструктивные параметры складчатого заполнителя, распространяемого по винтовой линии. На третьем этапе установим зависимости, характеризующие складчатую конструкцию, сжатую до конечно-трансформированного состояния и формирующую непрерывную цилиндрическую поверхность.We will perform the derivation of dependencies in stages. At the first stage, we introduce the design and technological parameters of the multilayer curvilinear panel and establish the dependencies connecting the coordinates of the nodal zones of the elementary module in the embossed position (for some given transformation angle α) with the given geometric parameters a 0 , a 1 , b 0 , b 1 , β 0 , β 1 , β 2 of the elementary module on the scan. At the second stage, we determine the design parameters of the folded filler distributed along a helical line. At the third stage, we establish the dependences characterizing the folded structure, compressed to a finite-transformed state and forming a continuous cylindrical surface.
Первый этап.First step.
Конструктивными параметрами многослойной криволинейной панели являются:The design parameters of the multilayer curved panel are:
h1, h2 - толщина соответственно наружной и внутренней обшивок;h 1 , h 2 - the thickness of the outer and inner casings, respectively;
R1 - радиус кривизны поверхности, охватываемой складчатым заполнителем (фиг.7);R 1 is the radius of curvature of the surface covered by the folded filler (Fig.7);
R2 - радиус кривизны поверхности, охватывающей складчатый заполнитель (фиг.7);R 2 is the radius of curvature of the surface covering the folded aggregate (Fig.7);
t - шаг винтовой линии, вдоль которой распространяется складчатый заполнитель;t is the pitch of the helix along which the folded filler extends;
ХTi, YTi, ZTi(i=1…8) - координаты узловых зон элементарного модуля гофра в текущем рельефном положении (фиг.6).X Ti , Y Ti , Z Ti (i = 1 ... 8) - the coordinates of the nodal zones of the elementary module of the corrugation in the current embossed position (Fig.6).
Технологическими параметрами многослойной криволинейной панели являются:The technological parameters of the multilayer curved panel are:
а0, a1, b0, b1, β0, β1, β2 - геометрические параметры элементарного модуля складчатого заполнителя на развертке (фиг.5);and 0 , a 1 , b 0 , b 1 , β 0 , β 1 , β 2 are the geometric parameters of the elementary module of the folded filler on the scan (figure 5);
α - угол трансформирования складчатого заполнителя (фиг.6).α is the angle of transformation of the folded filler (Fig.6).
Толщинами наружной (h1) и внутренней (h2) обшивок задаются, исходя из условий работы конструкции и технологических особенностей производства панелей.The thicknesses of the outer (h 1 ) and inner (h 2 ) claddings are set based on the operating conditions of the structure and technological features of the panel production.
Координаты узловых зон элементарного модуля гофра в текущем рельефном положении ХTi, YTi, ZTi (i=1…8) определяют по известным зависимостям в видеThe coordinates of the nodal zones of the elementary module of the corrugation in the current embossed position X Ti , Y Ti , Z Ti (i = 1 ... 8) are determined by the known dependencies in the form
ХTi, YTi, ZTi=f(ХPi, YPi, ZPi, α)(i=1…8),X Ti , Y Ti , Z Ti = f (X Pi , Y Pi , Z Pi , α) (i = 1 ... 8),
где ХPi, YPi, ZPi (i=1…8) - координаты узловых точек элементарного модуля складчатого заполнителя на развертке, которые связаны с геометрическими параметрами а0, a1, b0, b1, β0, β1, β2 зависимостями, приведенными в табл.1.where X Pi , Y Pi , Z Pi (i = 1 ... 8) are the coordinates of the nodal points of the elementary module of the folded filler on the scan, which are associated with the geometric parameters a 0 , a 1 , b 0 , b 1 , β 0 , β 1 , β 2 dependencies are shown in table 1.
Второй этап.Second phase.
Определение радиусов кривизны охватывающей и охватываемой поверхностей, а также шаг винтовой линии выполним в следующей последовательности.The determination of the radii of curvature of the covering and covered surfaces, as well as the step of the helix, we perform in the following sequence.
Введем систему координат спирали (СКс) такую, что начало СКс совпадает с уз.0 (начала координат СКг и СКс совпадают), ось Zc параллельна линии уз.2-уз.8, ось Хс параллельна плоскости, проходящей через узловые зоны 2-4-8, ось Yc образует правую прямоугольную декартову систему координат (фиг.8).We introduce a spiral coordinate system (SKS) such that the origin of SKS coincides with knot 0 (the origin of coordinates of SKg and SKs coincide), the Zc axis is parallel to the line of knots 2-
Для пересчета координат ХTi, YTi, ZTi(i=1…8) узловых зон в новой СКс определим направляющие косинусы осей Хс, Yc, Zc относительно осей Хг, Yг, Zг таким образом, чтоTo recalculate the coordinates X Ti , Y Ti , Z Ti (i = 1 ... 8) of the nodal zones in the new SCS, we define the direction cosines of the axes X c , Y c , Z c relative to the axes X g , Y g , Z g in such a way that
- ось ХС будет иметь направляющие косинусы s11, s12, S13 относительно осей Хг, Yг, Zг соответственно;- the axis X C will have guide cosines s 11 , s 12 , S 13 relative to the axes X g , Y g , Z g, respectively;
- ось YC будет иметь направляющие косинусы s21, s22, s23 относительно осей ХГ, YГ, ZГ соответственно;- the axis Y C will have guide cosines s 21 , s 22 , s 23 relative to the axes X G , Y G , Z G, respectively;
- ось ZC будет иметь направляющие косинусы s31, s32, s33 относительно осей ХГ, YГ, ZГ соответственно.- the axis Z C will have guide cosines s 31 , s 32 , s 33 relative to the axes X G , Y G , Z G, respectively.
С помощью известных зависимостей аналитической геометрии определим направляющие косинусы sij(i=1…3, j=1…3) следующим образомUsing the known dependencies of analytic geometry, we determine the direction cosines s ij (i = 1 ... 3, j = 1 ... 3) as follows
- направляющие косинусы оси Хс относительно осей Хг, Yг, Zг системы координат гофра (СКг) соответственно;- directional cosines of the X axis with respect to the X g , Y g , Z g axes of the corrugation coordinate system (SCr), respectively;
- направляющие косинусы оси YC относительно осей ХГ, YГ, ZГ СКг соответственно;- guide cosines of the axis Y C relative to the axes X G , Y G , Z G SKg, respectively;
- направляющие косинусы оси Zc относительно осей Хг, Yг, Zг СКг соответственно. Причем- guide cosines of the Z axis with respect to the X g , Y g , Z g SKg axes, respectively. Moreover
Пересчет координат точек из СКг в СКс выполняется по следующим зависимостям Recalculation of coordinates of points from SKg to SKS is performed according to the following dependencies
Для определения положения и ориентации оси образующего цилиндра винтовой линии необходимо иметь в виду, что ось винтовой линии направлена в сторону смещения элементарного модуля, т.е. параллельно линии, проходящей через уз.2-уз.8, а плоскость основания образующего цилиндра винтовой линии ориентирована перпендикулярно линии уз.2-уз.8.To determine the position and orientation of the axis of the helix forming cylinder, it must be borne in mind that the axis of the helix is directed toward the displacement of the elementary module, i.e. parallel to the line passing through Uz.2-Uz.8, and the plane of the base of the forming cylinder of the helical line is oriented perpendicular to the line Uz.2-Uz.8.
Построим плоскость основания образующего цилиндра, параллельную XcOYc и проходящую через уз.8 (заштрихована на фиг.9). Спроецируем узловые зоны 1, 5, 6 на плоскость основания и построим линии 1ПР-5ПР и 6ПР-8ПР (фиг.9). Точка пересеченияWe construct the base plane of the generatrix of the cylinder parallel to XcOYc and passing through knot 8 (shaded in figure 9). We project the
0С нормалей, восстановленных к серединам линий 1ПР-5ПР и 6ПР-8ПР, является точкой, в которой ось винтовой линии пересекает плоскость основания образующего цилиндра.0 From the normals restored to the midpoints of
Координаты т.0С после выполнения известных преобразований аналитической геометрии запишем в следующем видеAfter performing the known transformations of analytic geometry, the coordinates of t.0 C are written in the following form
Таким образом, радиус кривизны поверхности, охватываемой складчатым заполнителем, определим как расстояние от т.0С до середины линии Thus, the radius of curvature of the surface covered by the folded filler is defined as the distance from t.0 C to the middle of the line
а радиус кривизны поверхности, охватывающей складчатый заполнитель - как расстояние между проекцией уз.0 на плоскость основания спирали и т.0С and the radius of curvature of the surface covering the folded filler - as the distance between the projection of knot 0 on the plane of the base of the spiral and t 0 C
Для определения шага винтовой линии t рассмотрим винтовую линию, проходящую через уз.8 и уз.6. Проекцией этой винтовой линии на плоскость основания образующего цилиндра будет дуга с некоторым радиусом Rk (фиг.10).To determine the pitch of the helix t, we consider a helix passing through
Шаг винтовой линии t определим из соотношенияThe pitch of the helix t is determined from the relation
t=πDKtgαП,t = πD K tgα П ,
где αП - угол подъема винтовой линии, который найдем, какwhere α P is the angle of elevation of the helix, which we find as
Здесь ΔZ=ZC8-ZC6 - разница по координате Zc между уз.8 и уз.6;Here Δ Z = Z C8 -Z C6 is the difference in the Zc coordinate between
DK=2RK;D K = 2R K ;
φ, рад - угол между линиями 0С-8ПР и 0С-6ПР, определяющий длину дуги (фиг.10), который найдем из соотношенияφ, rad - the angle between the lines 0 C -8 PR and 0 C -6 PR , which determines the length of the arc (Fig. 10), which we find from the relation
Запишем окончательную формулу для определения шага винтовой линииWe write the final formula for determining the helix pitch
Третий этап.The third stage.
Складчатый заполнитель, сжатый до конечно-трансформированного состояния и формирующий сплошную цилиндрическую поверхность, характеризуют предельный угол трансформирования αпред и зависимость, устанавливающая такое количество элементарных модулей, распространяемых в направлении 1 (фиг.7), которое целое число раз укладывается между витками винтовой линии.A folded filler, compressed to a finite-transformed state and forming a continuous cylindrical surface, characterizes the limiting angle of transformation α before and the dependence setting such a number of elementary modules distributed in direction 1 (Fig. 7), which is placed an integer number of times between the turns of a helix.
Предельным углом трансформирования αпред является угол, характеризуемый углом наклона отрезка зигзагообразной линии, исходящего из уз.0 элементарного модуля (фиг.5). Т.к. из уз.0 выходит два отрезка зигзагообразной линии (уз.0-уз.3 и уз.0-уз.7), принадлежащих двум половинам элементарного модуля, разделяемым пилообразной линией уз.1-уз.5, то необходимо рассматривать ту половину элементарного модуля, грани которой смыкаются раньше. Анализ динамики движения групп узлов 2, 3, 4 и 6, 7, 8 показывает, что ранее смыкаются грани той половины элементарного модуля, чей угол β0 или β2 меньше.The limiting angle of transformation α before is the angle characterized by the angle of inclination of the segment of the zigzag line emanating from node 0 of the elementary module (figure 5). Because two segments of a zigzag line come out from knot 0 (knot 0-
Таким образом, исходя из заданных геометрических параметров b0, b1, β0, β1, β2 элементарного модуля на развертке, угол αпред найдем по следующей формулеThus, based on the given geometric parameters b 0 , b 1 , β 0 , β 1 , β 2 of the elementary module on the scan, we find the angle α before using the following formula
при условии, что β2<β0 или по формуле αпред=2(90-β1) при условии β2>β0.provided that β 2 <β 0 or according to the formula α pre = 2 (90-β 1 ) provided β 2 > β 0 .
Для того чтобы элементарные модули, расположенные в соседних витках, в процессе трансформирования стыковались по пилообразной линии, необходимо, чтобы расстояние уз.2-уз.8 укладывалось целое число раз в шаг винтовой линии. Это условие запишем в видеIn order for elementary modules located in adjacent turns to join along a sawtooth line during the transformation, it is necessary that the distance of knots 2-
где k - целое положительное число,where k is a positive integer
- расстояние между уз.2 и уз.8. - distance between
Предложенные технические решения по конструкции многослойной криволинейной панели и способу ее изготовления могут быть использованы в промышленном производстве панелей фюзеляжа пассажирских самолетов. Созданная на основе данного способа технология позволит снизить стоимость промышленного производства многослойных панелей фюзеляжа пассажирских самолетов.The proposed technical solutions for the design of a multilayer curved panel and the method of its manufacture can be used in the industrial production of fuselage panels of passenger aircraft. The technology created on the basis of this method will reduce the cost of industrial production of multilayer fuselage panels of passenger aircraft.
Claims (2)
размечают линиями изгиба, образующими элементарные модули с геометрическими параметрами:
a0 - наименьшее расстояние между вершинами соседних зигзагообразных линий выступов и впадин,
a1 - наибольшее расстояние между вершинами соседних зигзагообразных линий выступов и впадин,
b0 - длина отрезка зигзагообразной линии впадин элементарного модуля,
b1 - длина меньшего отрезка зигзагообразной линии впадин элементарного модуля,
β0 - угол между α0 и b0,
β1 - угол между a0 и большим отрезком зигзагообразной линии выступов элементарного модуля,
β2 - угол между a0 и b1;
трансформируют в рельефное положение, в котором она принимает вид складчатой конструкции спиралевидной структуры с конструктивными параметрами:
R1 - радиус кривизны поверхности, огибающей складчатый заполнитель изнутри,
R2 - радиус кривизны поверхности, огибающей складчатый заполнитель снаружи,
t - шаг винтовой линии,
определяемыми по формулам
,
,
,
и
координаты, определяющие положение оси винтовой линии в системе координат спирали (СКс);
, и , - координаты середин проекции отрезков, используемые при определении положения оси винтовой линии в СКс;
XCi, YCi, zCi, (i=1…8) - координаты узловых зон элементарного модуля структуры в СКс, которые определяются из зависимостей
,
в которых ,
,
направляющие косинусы оси Xc относительно осей Xг, Yг, Zг системы координат гофра (СКг) соответственно,
, , - направляющие косинусы оси YС относительно осей XГ, YГ, ZГ СКг соответственно, причем
,
,
;
, , - направляющие косинусы оси
ZC относительно осей XГ, YГ, ZГ СКг соответственно, а
XTi, YTi, ZTi (i=1…8) - координаты узловых зон элементарного модуля структуры в рельефном положении в СКг, которые определяются из известных зависимостей;
- полученную складчатую конструкцию формообразуют до конечно-трансформированного состояния, определяемого углом между отрезками пилообразной линии αпред, который вычисляется по формуле
при условии, что
β2<β0 или по формуле αпред=2(90-β1) при условии β2>β0, и, тем самым, образуют спиралевидную структуру, содержащую ячейки, ограниченные наклонными и вертикальными стенками, состоящими из двух пар смежных граней в виде неправильных четырехугольников, разделяемых отрезками зигзагообразных линий, каждый из которых наклонен к общей пилообразной линии под углами α1 и α2 таким образом, что выполняется условие α1<α2, где α1 - угол между общей пилообразной линией и отрезком зигзагообразной линии, разделяющим пару смежных граней, образующих в конечно-трансформированном состоянии вертикальную стенку ячейки, α2 - угол между общей пилообразной линией и отрезком зигзагообразной линии, разделяющим пару смежных граней, образующих в конечно-трансформированном состоянии наклонные стенки ячейки. 2. A method of manufacturing a multilayer panel of a curvilinear shape with separate shaping of the skin of a given curvature and a filler layer obtained by bending the sheet stock according to the zigzag lines of protrusions and depressions marked on the scan, characterized in that the sheet stock:
mark with bending lines forming elementary modules with geometric parameters:
a 0 - the smallest distance between the vertices of adjacent zigzag lines of protrusions and troughs,
a 1 - the largest distance between the vertices of adjacent zigzag lines of protrusions and troughs,
b 0 - the length of the segment of the zigzag line of the troughs of the elementary module,
b 1 - the length of a smaller segment of the zigzag line of the troughs of the elementary module,
β 0 is the angle between α 0 and b 0 ,
β 1 is the angle between a 0 and a large segment of the zigzag line of protrusions of the elementary module,
β 2 is the angle between a 0 and b 1 ;
transform into a relief position in which it takes the form of a folded structure of a spiral structure with structural parameters:
R 1 is the radius of curvature of the surface enveloping the folded core from the inside,
R 2 is the radius of curvature of the surface enveloping the folded filler outside,
t is the pitch of the helix,
defined by formulas
,
,
,
and
coordinates determining the position of the axis of the helix in the spiral coordinate system (SCS);
, and , - coordinates of the midpoints of the projection of the segments used in determining the position of the axis of the helix in the SCS;
X Ci , Y Ci , z Ci , (i = 1 ... 8) - the coordinates of the nodal zones of the elementary module of the structure in the SCS, which are determined from the dependencies
,
in which ,
,
guide cosines of the X axis with respect to the X g , Y g , Z g axis of the corrugation coordinate system (SK g ), respectively,
, , - guide cosines of the axis Y With respect to the axes X G , Y G , Z G SKG, respectively, and
,
,
;
, , - guide cosines of the axis
Z C relative to the axes X G , Y G , Z G SKg, respectively, and
X Ti , Y Ti , Z Ti (i = 1 ... 8) - the coordinates of the nodal zones of the elementary module of the structure in the elevated position in SKg, which are determined from the known dependencies;
- the resulting folded structure is shaped to a finite-transformed state, determined by the angle between the segments of the sawtooth line α before , which is calculated by the formula
provided that
β 2 <β 0 or according to the formula α pre = 2 (90-β 1 ) under the condition β 2 > β 0 , and thus form a spiral structure containing cells bounded by inclined and vertical walls consisting of two pairs of adjacent faces in the form of irregular quadrangles separated by segments of zigzag lines, each of which is inclined to a common sawtooth line at angles α 1 and α 2 so that the condition α 1 <α 2 is fulfilled, where α 1 is the angle between the common sawtooth line and the segment of the zigzag line separating a pair of adjacent faces forming a horse but-transformed state of the cell wall of the vertical, α 2 - the angle between the common line and the segment sawtooth zigzag line separating the pair of adjacent edges, forming a finite-state inclined transformed cell wall.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006106453/11A RU2381955C2 (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Panel of curvilinear shape and method of its manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006106453/11A RU2381955C2 (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Panel of curvilinear shape and method of its manufacturing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006106453A RU2006106453A (en) | 2008-01-10 |
RU2381955C2 true RU2381955C2 (en) | 2010-02-20 |
Family
ID=39019463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006106453/11A RU2381955C2 (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Panel of curvilinear shape and method of its manufacturing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2381955C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173383U1 (en) * | 2017-03-20 | 2017-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Тулаев-Парк" | CONSTRUCTION OF THE CELLULAR FILLER PANEL |
RU2649839C2 (en) * | 2012-11-26 | 2018-04-04 | Зе Боинг Компани | Vertically built-in stiffeners |
-
2006
- 2006-02-20 RU RU2006106453/11A patent/RU2381955C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649839C2 (en) * | 2012-11-26 | 2018-04-04 | Зе Боинг Компани | Vertically built-in stiffeners |
RU173383U1 (en) * | 2017-03-20 | 2017-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Тулаев-Парк" | CONSTRUCTION OF THE CELLULAR FILLER PANEL |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006106453A (en) | 2008-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9764539B2 (en) | Forming method for a honeycomb structure | |
Lang et al. | A review of thickness-accommodation techniques in origami-inspired engineering | |
US11319047B2 (en) | Three dimensional auxetic structure, manufacturing method and tooling | |
US5670264A (en) | Thermal barrier | |
US20100233421A1 (en) | Doubly-Curved Mesh | |
Tolman et al. | Split-vertex technique for thickness-accommodation in origami-based mechanisms | |
RU2381955C2 (en) | Panel of curvilinear shape and method of its manufacturing | |
GB2117679A (en) | Honeycomb manufacturing method and product | |
Hyeng et al. | Umbrella-type surfaces in architecture of spatial structures | |
US4777070A (en) | Alveolar structure designed to cover a curved surface and its realization process | |
RU163959U1 (en) | FOLDED MULTI-LAYER PANEL FILLER | |
WO2014170650A2 (en) | Folded shell structures | |
Alekseev et al. | Geometrical model of creasing roll for manufacturing line of the wedge-shaped folded cores production | |
EP3434457A1 (en) | Method for forming a part by automated fiber placement | |
RU2238845C1 (en) | Method of production of a folded-plate structure | |
RU2265552C2 (en) | Multi-layer panel | |
RU2650364C2 (en) | Honeycomb structure and method of forming same | |
AU2015227542A1 (en) | A honeycomb structure and a forming method thereof | |
Niebler et al. | Bent-on-site flat-pack delivery of a timber shell | |
RU2471586C2 (en) | Stepped laminar board and method of its production | |
RU2792371C1 (en) | Flexible corrugated cladding | |
RU167222U1 (en) | FOLDED MULTI-LAYER PANEL FILLER | |
Shabalov et al. | Modeling the Transformation of Hexactinal Folded Structure | |
RU2138343C1 (en) | Deformable sheet construction material | |
Saito et al. | Design of single/double curved honeycomb cores based on origami techniques |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA94 | Acknowledgement of application withdrawn (non-payment of fees) |
Effective date: 20080420 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20090327 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100221 |