RU2507113C1 - Honeycomb - Google Patents

Honeycomb Download PDF

Info

Publication number
RU2507113C1
RU2507113C1 RU2012131879/11A RU2012131879A RU2507113C1 RU 2507113 C1 RU2507113 C1 RU 2507113C1 RU 2012131879/11 A RU2012131879/11 A RU 2012131879/11A RU 2012131879 A RU2012131879 A RU 2012131879A RU 2507113 C1 RU2507113 C1 RU 2507113C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rods
cells
honeycomb
base
prisms
Prior art date
Application number
RU2012131879/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Григорьевич Гайнутдинов
Ильфир Наильевич Абдуллин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2012131879/11A priority Critical patent/RU2507113C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2507113C1 publication Critical patent/RU2507113C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to honeycomb sandwiches. Sandwich panel honeycomb is composed by 3D structure of composite regular hollow hexagon prisms having common face with every adjacent face. Sandwich panel honeycomb is composed by of composite regular hollow triangular or tetrahedral or hexagon prisms with walls reinforced by unidirectional fibres and composed by crossed bards. In compliance with second version, sandwich panel honeycomb is composed by 3D structure of composite regular hollow hexagon prisms having common face with every adjacent face. Walls of hexagon prisms are made of bars each directed at preset angle to its base, with one bar crossing horizontally the prism face centre.
EFFECT: decreased weight, better performances, longer life.
3 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области строительных сотовых конструкций и может быть использовано в производстве многослойных панелей из композиционных материалов, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы, применяемых в летательных аппаратах, судостроении, машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of building honeycomb structures and can be used in the manufacture of multilayer panels of composite materials that work on stability under the action of external pressure and compressive force, used in aircraft, shipbuilding, engineering, construction and other industries.

Эффективность трехслойных конструкций при различных видах нагружения в значительной степени определяется геометрическими и механическими характеристиками применяемого заполнителя, и естественным является поиск новых конструкций заполнителя.The effectiveness of three-layer structures for various types of loading is largely determined by the geometric and mechanical characteristics of the aggregate used, and the search for new aggregate structures is natural.

Известна «Многослойная панель», включающая обшивки, сотовый заполнитель, образованный соединенными друг с другом гофрированными полосами, и дополнительные слои заполнителя в виде зигзагообразного гофра, расположенные между обшивками и сотовым заполнителем, образующие отводные каналы, (патент РФ №2085671, опубл.27.07.1997, МПК Е04С 2/32, В32В 3/12, В32В 3/28)Known "Multilayer panel", including sheathing, honeycomb core formed by interconnected corrugated strips, and additional layers of filler in the form of a zigzag corrugation, located between the skin and honeycomb core, forming branch channels (RF patent No. 2085671, publ. 27.07. 1997, IPC Е04С 2/32, В32В 3/12, В32В 3/28)

Недостатком данной панели является большая масса конструкции за счет того, что стенки ячеек выполнены сплошными, и сложность в изготовлении.The disadvantage of this panel is the large mass of the structure due to the fact that the cell walls are solid, and the difficulty in manufacturing.

Наиболее близким по технической сущности взятым в качестве прототипа является изобретение «Сендвич-панель с сотовым заполнителем», содержащая два поверхностных слоя, выполненных из листового материала и размещенный между ними внутренний наполнитель, выполненный в виде сотовой конструкции с ячейками в форме правильных полых призм с шестиугольным основанием, заглушенных с одной стороны и имеющих одну общую грань с каждой соседней (патент №2382854, МПК Е04С 2/00, опубл. 27.02.2010 г.).The closest in technical essence taken as a prototype is the invention “Sandwich panel with honeycomb core”, containing two surface layers made of sheet material and placed between them an internal filler made in the form of a honeycomb structure with cells in the form of regular hollow prisms with a hexagonal base, muffled on one side and having one common face with each adjacent one (patent No. 2382854, IPC Е04С 2/00, publ. 02.27.2010).

Недостаток известного изобретения заключается в том, что конструктивные особенности ячеек не позволяют удалять влагу, конденсирующуюся в ячейках, что приводит к разрушению заполнителя, то есть ведет к снижению прочности, жесткости и увеличению массы (за счет влаги), снижению эксплуатационных характеристик.A disadvantage of the known invention is that the structural features of the cells do not allow moisture to condense in the cells to be removed, which leads to the destruction of the aggregate, that is, leads to a decrease in strength, stiffness and an increase in mass (due to moisture), and a decrease in operational characteristics.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является снижение массы конструкции и повышение эксплуатационных характеристик.The task of the invention is to reduce the mass of the structure and increase operational characteristics.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является уменьшение массы и повышение эксплуатационных характеристик, приводящих к увеличению ресурса эксплуатации заполнителя.The technical result from the use of the present invention is to reduce the mass and increase operational characteristics, leading to an increase in the service life of the aggregate.

Технический результат достигается тем, что в сотовый заполнитель, представляющий собой объемную структуру из композиционного материала в виде ячеек в форме правильных полых шестигранных призм, имеющих общую грань с каждой из соседней, введены ячейки в форме правильных полых четырех- или трехгранных призм, стенки которых армированы однонаправленными волокнами и выполнены в виде пересекающихся стержней с возможностью максимальной жесткости их и минимальной массы с заданным соотношением боковых граней к граням основания.The technical result is achieved by the fact that in the honeycomb core, which is a three-dimensional structure of composite material in the form of cells in the form of regular hollow hexagonal prisms having a common face with each of the neighboring prism, cells are introduced in the form of regular hollow four- or trihedral prisms, the walls of which are reinforced unidirectional fibers and made in the form of intersecting rods with the possibility of maximum rigidity and minimum weight with a given ratio of side faces to the faces of the base.

Сотовый заполнитель представляет собой объемную структуру из композиционного материала в виде ячеек в форме правильных полых шестигранных призм, имеющих общую грань с каждой из соседней, стенки шестигранных ячеек выполнены из стержней, каждый из которых направлен под заданным углом к его основанию и одним стержнем, проходящим горизонтально по центру ячейки.Cellular filler is a three-dimensional structure of composite material in the form of cells in the form of regular hollow hexagonal prisms having a common facet with each of the adjacent ones, the walls of the hexagonal cells are made of rods, each of which is directed at a given angle to its base and one rod extending horizontally in the center of the cell.

Для повышения жесткости конструкции введено дополнительно n-е количество стержней, направленных горизонтально относительно его основания, и n-е количество стержней, направленных вертикально, проходящих через пересечение горизонтально и вертикально направленных под заданным углом.To increase the rigidity of the structure, an additional nth number of rods directed horizontally relative to its base and an nth number of rods directed vertically through an intersection horizontally and vertically directed at a given angle were introduced.

Применение наполнителя, выполненного в виде сотовой конструкции в форме правильных полых призм с шестигранным, четырехгранным и трехгранным основанием с гранями в виде пересекающихся стержней, повышает эксплуатационные характеристики заполнителя, ведет к снижению массы конструкции, не изменяя прочностных характеристик.The use of a filler made in the form of a honeycomb structure in the form of regular hollow prisms with a hexagonal, tetrahedral and trihedral base with faces in the form of intersecting rods increases the operational characteristics of the filler, reduces the weight of the structure without changing the strength characteristics.

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.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.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует одному из критериев условия патентоспособности: « изобретательский уровеньTherefore, the claimed technical solution meets one of the criteria for the conditions of patentability: "inventive step

Сущность и особенность предлагаемого изобретения продемонстрированы чертежами, на которых изображено:The essence and feature of the invention are shown in the drawings, which depict:

на фиг.1 - сотовый заполнитель в виде шестигранника, грани представлены в виде пересекающихся стержней;figure 1 - honeycomb in the form of a hexagon, the faces are presented in the form of intersecting rods;

на фиг.2 - сотовый заполнитель в виде четырехгранника, грани представлены в виде пересекающихся стержней;figure 2 - honeycomb in the form of a tetrahedron, the faces are presented in the form of intersecting rods;

на фиг.3 - сотовый заполнитель в виде трехгранника, грани представлены в виде пересекающихся стержней;figure 3 - honeycomb in the form of a trihedron, the faces are presented in the form of intersecting rods;

на фиг.4 - ячейка сотового заполнителя, стержни которого расположены под определенным углом к основанию, имеющего один горизонтальный стержень;figure 4 - cell honeycomb core, the rods of which are located at a certain angle to the base, having one horizontal rod;

на фиг.5 - сотовый заполнитель в виде шестигранника, стержни которого расположены под определенным углом к его основанию.figure 5 - honeycomb in the form of a hexagon, the rods of which are located at a certain angle to its base.

на фиг.6, 7 - поясняющие расчетные схемы, где: 1 - пересекающиеся стержни заполнителя; 2 - стенки ячеек в виде пересекающихся стержней; 3 - шестигранная ячейка;in Fig.6, 7 - explaining design schemes, where: 1 - intersecting rods of the filler; 2 - cell walls in the form of intersecting rods; 3 - hexagon cell;

4 - четырехгранная ячейка;4 - tetrahedral cell;

5 - трехгранная ячейка;5 - trihedral cell;

6 - горизонтальные стержни;6 - horizontal rods;

7 - вертикальные стержни;7 - vertical rods;

8 - стенка ячейки с одним горизонтальным стержнем;8 - cell wall with one horizontal rod;

9 - стержень, расположенный под углом α к основанию.9 - a rod located at an angle α to the base.

Производство конструкции сотового заполнителяHoneycomb core construction

Полотно, состоящее из композитного материала, армируют, нанося волокна однонаправленно горизонтально и под заданным углом (≈55°)к основанию, далее нарезается на мерные плоские ленты, ширина которых равна ширине грани ячеек сотового заполнителя, затем делают отверстия между армированными волокнами, образуя пересекающиеся стержни 1 (фиг.1, 2, 3), ленты изгибают, образуя гофры в виде частей шестигранной 3, или четырехгранной 4, или трехгранной 5 ячеек, далее их пропитывают затвердевающим продуктом, затем соединение профилированных отрезков друг с другом осуществляют так, чтобы вершины гофров профилированных лент располагались напротив вершин гофров (впадин) смежных профилированных лент, при этом пересекающиеся стержни профилированных лент, полученных с одного листа, совпадают с пересекающимися стержнями другой профилированной ленты этого же листа (гофра), при этом получают ячейки заданной формы (шести-, четырех- или трехгранников) (фиг.1, 2, 3).The canvas, consisting of a composite material, is reinforced by applying fibers unidirectionally horizontally and at a given angle (≈55 °) to the base, then cut into dimensional flat tapes, the width of which is equal to the width of the honeycomb core cell edge, then make holes between the reinforced fibers, forming intersecting rods 1 (Figs. 1, 2, 3), the ribbons bend, forming corrugations in the form of parts of hexagonal 3, or tetrahedral 4, or trihedral 5 cells, then they are impregnated with a hardening product, then the connection of profiled segments of each the other is carried out so that the vertices of the corrugations of the profiled tapes are located opposite the vertices of the corrugations (troughs) of the adjacent profiled tapes, while the intersecting rods of profiled tapes obtained from one sheet coincide with the intersecting rods of another profiled tape of the same sheet (corrugation), in this case cells given shape (six-, four- or trihedra) (Figs. 1, 2, 3).

Оптимальный угол наклона стержня относительно его основания получается следующим образом: положим, что в стержневой конструкции, изображенной на (фиг.6), напряжения в стержнях σ69в. Тогда отношение площадей определится из уравнения равновесия в проекции на ось x: σBF6cos(α)-σBF9=0 или F6=F; F9=Fcos(α). Из уравнения равновесия в проекции на ось у следует Р=σвFsin(α). Отношение несущей способности к массе определится отношением P max / M = σ B ρ 1 H 0,5 sin ( 2 α ) 1 + cos 2 ( α )

Figure 00000001
. Числовой параметр ∫σэквdV/M не меняется и не является отличительным параметром в данном примере, а Рmax/М имеет максимальное значение при α≈55° и таким параметром может быть, следовательно, оптимальное отношение сторон стержневого заполнителя, при котором заполнитель обеспечивает максимальную прочность при минимальном весе а/b≈1.4282(Фиг.7).The optimal angle of inclination of the rod relative to its base is obtained as follows: suppose that in the bar structure shown in (Fig. 6), the stresses in the rods are σ 6 = σ 9 = σ c . Then the area ratio is determined from the equilibrium equation in the projection onto the x axis: σ B F 6 cos (α) -σ B F 9 = 0 or F 6 = F; F 9 = Fcos (α). From the equilibrium equation in the projection onto the y axis, P = σ in Fsin (α) follows. The bearing capacity to mass ratio is determined by the ratio P max / M = σ B ρ one H 0.5 sin ( 2 α ) one + cos 2 ( α )
Figure 00000001
. The numerical parameter ∫σ equiv dV / M does not change and is not a distinctive parameter in this example, and P max / M has a maximum value at α≈55 ° and this parameter can therefore be the optimal aspect ratio of the core filler, at which the filler provides maximum strength with minimum weight a / b≈1.4282 (Fig.7).

Таким образом, заполнитель с гранями в виде стержней, выполненный в виде сотовой конструкции с ячейками в форме правильных полых призм с шестиугольным, четырехугольным и треугольным основанием, имеющих одну общую грань с каждой из соседней, позволяет обеспечить повышение продольной и поперечной жесткости конструкции при снижении ее массы на единицу длины при оптимальном расположении армированных волокон, имеющих угол наклона к его основанию α≈55°.Thus, filler with faces in the form of rods, made in the form of a honeycomb structure with cells in the form of regular hollow prisms with a hexagonal, quadrangular and triangular base, having one common face with each of the adjacent, allows to increase the longitudinal and transverse rigidity of the structure while reducing it mass per unit length with an optimal arrangement of reinforced fibers having an angle of inclination to its base α≈55 °.

По сравнению с известными аналогами заявляемый сотовый заполнитель, выполненный в виде ячеек шести-, четырех- и трехгранников, позволяет снизить вес заполнителя и увеличить его эксплуатационные характеристики за счет того, что не будет скапливаться влага в ячейках, вследствие этого в целом будет увеличиваться ресурс эксплуатации заполнителя.Compared with the known analogues, the inventive honeycomb core, made in the form of cells of six-, four- and trihedrons, allows to reduce the weight of the aggregate and increase its operational characteristics due to the fact that moisture will not accumulate in the cells, as a result, the service life will generally increase placeholder.

Claims (3)

1. Сотовый заполнитель многослойной панели, представляющий собой объемную структуру из композиционного материала в виде ячеек в форме правильных полых шестигранных призм, имеющих общую грань с каждой из соседней, отличающийся тем, что введены ячейки в форме правильных полых четырех- или трехгранных призм, а также полых шестигранных призм, стенки которых армированы однонаправленными волокнами и выполнены в виде пересекающихся стержней с возможностью максимальной жесткости их и минимальной массы с заданным соотношением боковых граней к граням основания.1. Cellular filler of a multilayer panel, which is a three-dimensional structure of a composite material in the form of cells in the form of regular hollow hexagonal prisms, having a common face with each of the neighboring, characterized in that the cells are introduced in the form of regular hollow four- or trihedral prisms, as well as hollow hexagonal prisms, the walls of which are reinforced with unidirectional fibers and made in the form of intersecting rods with the possibility of maximum rigidity and minimum weight with a given ratio of side faces to the edges of the base. 2. Сотовый заполнитель многослойной панели, представляющий собой объемную структуру из композиционного материала в виде ячеек в форме правильных полых шестигранных призм, имеющих общую грань с каждой из соседней, отличающийся тем, что стенки шестигранных ячеек выполнены из стержней, каждый из которых направлен под заданным углом к его основанию и одним стержнем, проходящим горизонтально по центру грани ячейки.2. Cellular filler of a multilayer panel, which is a three-dimensional structure of a composite material in the form of cells in the form of regular hollow hexagonal prisms having a common face with each of the neighboring, characterized in that the walls of the hexagonal cells are made of rods, each of which is directed at a given angle to its base and one rod extending horizontally in the center of the cell face. 3. Сотовый заполнитель многослойной панели по п.2, отличающийся тем, что для повышения жесткости конструкции введено дополнительно n-ое количество стержней, направленных горизонтально относительно его основания, и n-ое количество стержней, направленных вертикально, проходящих через пересечение горизонтально и вертикально направленных под заданным углом. 3. The honeycomb core of the multilayer panel according to claim 2, characterized in that to increase the rigidity of the structure, an additional nth number of rods directed horizontally relative to its base and an nth number of rods directed vertically through an intersection of horizontally and vertically directed at a given angle.
RU2012131879/11A 2012-07-24 2012-07-24 Honeycomb RU2507113C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131879/11A RU2507113C1 (en) 2012-07-24 2012-07-24 Honeycomb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131879/11A RU2507113C1 (en) 2012-07-24 2012-07-24 Honeycomb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2507113C1 true RU2507113C1 (en) 2014-02-20

Family

ID=50113232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131879/11A RU2507113C1 (en) 2012-07-24 2012-07-24 Honeycomb

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2507113C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201426U1 (en) * 2020-06-16 2020-12-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Core filler of sandwich panel
CN113275572A (en) * 2021-03-31 2021-08-20 山东北方海泰新材料有限公司 Lightweight metal structure, metal component and preparation method thereof
RU215421U1 (en) * 2022-09-28 2022-12-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Composite honeycomb core

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111122C1 (en) * 1992-06-04 1998-05-20 Сосьете Оропеен де Пропюльсьон Method of fabrication of honeycomb construction from composite engineering thermoplastic material and honeycomb structure
RU2112119C1 (en) * 1994-12-15 1998-05-27 Самарская государственная архитектурно-строительная академия Method of production of space cellular structure
US6210774B1 (en) * 1994-12-16 2001-04-03 Jorge-Isaac Garcia-Ochoa Structural element
US20100297469A1 (en) * 1996-03-19 2010-11-25 Kinya Aota Method of joining two members by friction stir welding

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111122C1 (en) * 1992-06-04 1998-05-20 Сосьете Оропеен де Пропюльсьон Method of fabrication of honeycomb construction from composite engineering thermoplastic material and honeycomb structure
RU2112119C1 (en) * 1994-12-15 1998-05-27 Самарская государственная архитектурно-строительная академия Method of production of space cellular structure
US6210774B1 (en) * 1994-12-16 2001-04-03 Jorge-Isaac Garcia-Ochoa Structural element
US20100297469A1 (en) * 1996-03-19 2010-11-25 Kinya Aota Method of joining two members by friction stir welding

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201426U1 (en) * 2020-06-16 2020-12-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Core filler of sandwich panel
CN113275572A (en) * 2021-03-31 2021-08-20 山东北方海泰新材料有限公司 Lightweight metal structure, metal component and preparation method thereof
CN113275572B (en) * 2021-03-31 2023-08-29 山东北方海泰新材料有限公司 Lightweight metal structure, metal member and preparation method thereof
RU215421U1 (en) * 2022-09-28 2022-12-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Composite honeycomb core

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10696009B2 (en) 3-D honeycomb foam structure
US9076429B2 (en) Acoustic metamaterials
US8464476B2 (en) Modular construction elements
US8615956B2 (en) Panel structure
RU2684796C2 (en) Honeycomb, in particular deformable honeycomb, for lightweight components, corresponding production method and sandwich component
RU70911U1 (en) PERFORATED TWO-BRANCH STAND WITH CORRUGATED INSERTS
JP2004108084A (en) Hollow panel
RU2507113C1 (en) Honeycomb
US20100227116A1 (en) Three-dimensional sheet structure, method for making same, and sandwich-type structural material comprising such structure
RU2619786C1 (en) Sandwich panel with truss aggregate
US5310586A (en) Angled I-beam honeycomb structure
US11162253B2 (en) Laminate cell construction system
JP2022075629A (en) Manufacturing method for honeycomb structure and honeycomb structure
Gavrilov et al. Oriented particle boards: effect of the tangential load component
Li et al. Wood-based tri-axial sandwich composite materials: design, fabrication, testing, modeling and application
RU2629270C1 (en) I-beam with corrugated wall
RU169391U1 (en) Bearing element
EP4083996A1 (en) A soundproofing wall comprising a plate-type acoustic metamaterial
Ciolan et al. Cellular cores with negative Poisson’s ratio for sandwich panels
RU2797868C1 (en) Multi-layer design with sinusoidal filler
RU2101428C1 (en) Heat-insulating construction component
Ciolan et al. The auxetic behavior of an expanded periodic cellular structure
EA016550B1 (en) Bearing structure for lightweight structural components
RU41755U1 (en) ROLL HEAT-INSULATING ELEMENT
RU70527U1 (en) PERFORATED TWO-BRANCH STAND WITH INSERTS

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20150525

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180725