RU2529206C1 - Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material - Google Patents
Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529206C1 RU2529206C1 RU2013122082/03A RU2013122082A RU2529206C1 RU 2529206 C1 RU2529206 C1 RU 2529206C1 RU 2013122082/03 A RU2013122082/03 A RU 2013122082/03A RU 2013122082 A RU2013122082 A RU 2013122082A RU 2529206 C1 RU2529206 C1 RU 2529206C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- longitudinal
- wound
- structural element
- wounded
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к элементам силовых конструкций, работающих под нагрузкой, и может быть использовано в качестве элементов опор несущих высоконагруженных вертикальных строительных сооружений, опор мостов, несущих опор линий электропередач, ветровых генераторов и т.п.The invention relates to elements of power structures operating under load, and can be used as elements of supports of load-bearing highly loaded vertical building structures, bridge supports, bearing supports of power lines, wind generators, etc.
К выполнению силовых конструкционных элементов, используемых в качестве опор, предъявляются повышенные требования по обеспечению высокой жесткости, прочности и надежности при минимальной массе с сохранением длительной стабильности физико-механических свойств. При изготовлении таких силовых элементов из полимерных композиционных материалов (ПКМ) необходимо учитывать, что основными силовыми воздействиями, действующими на конструкцию, являются осевое усилие (усилие сжатия), крутящий и изгибающий моменты. В связи с этим при проектировании высоконагруженных силовых изделий из ПКМ весьма важно определить оптимальное взаимное положение армирующих слоев, их материал и технологию их намотки.The performance of structural elements used as supports is subject to increased requirements for ensuring high rigidity, strength and reliability with a minimum weight while maintaining long-term stability of physico-mechanical properties. In the manufacture of such power elements from polymer composite materials (PCM), it must be borne in mind that the main force acting on the structure is the axial force (compression force), torque and bending moments. In this regard, when designing highly loaded power products from PCM, it is very important to determine the optimal mutual position of the reinforcing layers, their material and their winding technology.
Известен конструкционный элемент, выполненный из композиционного материала на основе перекрещивающихся стекловолокон и продольно ориентированных в нем стеклоровингов типа РБН-20, скрепленных полимерным связующим на основе полиэфирной смолы типа ПН-1, полученным методом термопротяжки через фильерное устройство, причем элемент выполнен из стекломатов типа синтепона поверхностной плотностью 100…400 г/м2 из хаотично перекрещивающихся стекловолокон, равномерно распределенных на продольно ориентированных стеклоровингах со стороны открытых наружных поверхностей его развитого профиля при объемном соотношении стекломатов и стеклоровингов со связующим в композиционном материале от 1:0,5 до 1:0,75 и с толщинами стенок в профиле 0,2…2,5 мм (см. патент РФ №2164993, МПК E06B 3/20, опубл. 10.04.2001 г.)A known structural element made of a composite material based on intersecting glass fibers and longitudinally oriented glass rovings of the RBN-20 type, bonded with a polymer binder based on a polyester resin of the PN-1 type, obtained by thermal drawing through a spinneret device, the element being made of glass mat type sintepon surface density of 100 ... 400 g / m 2 of glass fibers randomly intersecting uniformly distributed on the longitudinally oriented sides to open steklorovinga x the outer surfaces of its developed profile with a volume ratio of glass mat and glass roving with a binder in the composite material from 1: 0.5 to 1: 0.75 and with wall thicknesses in the profile of 0.2 ... 2.5 mm (see RF patent No. 2164993 IPC E06B 3/20, published on April 10, 2001)
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что оно характеризуется высокой жесткостью, однако использованные для его изготовления материалы, способ их укладки при формировании композитной основы не позволяют его использовать в качестве сильно нагруженного конструкционного элемента, так как его несущая способность относительно невелика.As a result of the analysis of the known solution, it should be noted that it is characterized by high rigidity, however, the materials used for its manufacture, the method of their laying during the formation of the composite base do not allow it to be used as a heavily loaded structural element, since its bearing capacity is relatively small.
Известен длинномерный конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев армирующего материала на основе продольных волокон или нитей, размещенных в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку профиля, причем элемент снабжен, по меньшей мере, одной замкнутой продольной полостью и содержит дополнительно, по меньшей мере, еще один слой из однонаправленных непрерывных нитей, расположенных по пространственным спиральным кривым, наклоненным к продольным нитям под постоянным углом в пределах от 40 до 89,9°, и охватывающий, по меньшей мере, одну продольную полость с объемным соотношением продольных и наклонных нитей от 50:1 до 1:50 при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1:1 до 1:0,2, отношением линейной плотности продольных и наклонных нитей от 1:1 до 1:0,1 и соотношением площади поперечного сечения всех слоев с продольными нитями к площади сечения всех слоев с наклонным расположением нитей от 15:1 до 1:15, при этом в длинномерном элементе наклонные нити могут быть сформированы в ленты с размещением нитей в ленте на возрастающих от одной кромки ленты к другой расстояниях от внутренней поверхности и по меньшей мере один слой с наклонным расположением однонаправленных нитей выполнен в виде двух отдельных подслоев с равным количеством содержащихся в них нитей, расположенных под равными, но наклоненными в противоположные стороны от продольных нитей углами, а однонаправленные нити подслоев, наклоненные в разные стороны от продольных нитей, могут быть переплетены между собой с образованием замкнутой непрерывной поверхности. На внутренней поверхности, по меньшей мере, одной полости расположен, по меньшей мере, один защитный слой продольных нитей, скрепленных между собой поперечными нитями, концы которых располагаются на эквидистантных поверхностях с нахлестом между собой на длине 0,02…0,2 от периметра полости, а зоны нахлеста поперечных нитей в слоях равномерно распределены по периметру сечения элемента, толщина поперечного сечения армирующего каркаса плавнопеременная по периметру сечения, а сам армирующий каркас выполнен из слоев однонаправленного материала на основе стеклянных, базальтовых, полимерных, угольных или органических волокон или комбинации из них, причем его линейная плотность находится в пределах от 29 до 4800 текс. Внутренняя и/или наружная поверхность элемента облицованы слоем из герметизирующего материала, например резины, термопласта, толщиной 0,3…5 мм. Герметизирующий слой дополнительно армирован непрерывными нитями, например стеклянными, базальтовыми, угольными или полимерными. Герметизирующий слой выполнен из армированного слоя с объемным отношением армирующего материала к связующему от 1:1 до 1:2. Между герметизирующим слоем и армирующим каркасом расположен дополнительный адгезионный слой, который содержит тканно-переплетенный армирующий слой. Армирующий каркас размещен в сплошной среде скрепляющего его полимерного, полиэфирного, винилэфирного или эпоксидного связующего. Связующее, скрепляющее армирующий каркас, модифицировано антипиреновыми добавками или пигментными добавками. Внутренняя и/или наружная поверхность конструкционного элемента облицованы износостойким материалом, например полиуретаном (см. патент РФ №2196866, МПК E04C 3/28, B29D 22/00, B29K 105:06, опубл. 20.01.2003 г. - наиболее близкий аналог).A long-length structural element of composite material is known, comprising a reinforcing frame of layers of reinforcing material based on longitudinal fibers or threads placed in a continuous medium of a polymer binder holding it together, forming a profile wall, the element being provided with at least one closed longitudinal cavity and additionally contains at least one more layer of unidirectional continuous filaments located along spatial spiral curves inclined to longitudinal filaments beneath with an angle ranging from 40 to 89.9 °, and covering at least one longitudinal cavity with a volume ratio of longitudinal and inclined threads from 50: 1 to 1:50 with a volume ratio of all threads of the reinforcing carcass with a polymer binder from 1: 1 to 1: 0.2, the ratio of the linear density of longitudinal and inclined threads from 1: 1 to 1: 0.1 and the ratio of the cross-sectional area of all layers with longitudinal threads to the cross-sectional area of all layers with an inclined arrangement of threads from 15: 1 to 1 : 15, while in the long element oblique threads can be formed into tapes with the placement of threads in the tape at increasing distances from one edge of the tape to another distance from the inner surface and at least one layer with an inclined arrangement of unidirectional threads is made in the form of two separate sublayers with an equal number of contained threads located under equal but inclined in opposite sides of the longitudinal filaments with corners, and unidirectional filaments of the sublayers, inclined in different directions from the longitudinal filaments, can be intertwined with each other with the formation of a closed continuous surfaces. At least one protective layer of longitudinal threads, fastened together by transverse threads, the ends of which are located on equidistant surfaces with an overlap between themselves at a length of 0.02 ... 0.2 from the perimeter of the cavity, is located on the inner surface of at least one cavity and the overlapping zones of the transverse threads in the layers are evenly distributed around the perimeter of the element’s section, the thickness of the cross section of the reinforcing carcass is smoothly variable along the perimeter of the section, and the reinforcing carcass itself is made of layers of unidirectional material and on the basis of glass, basalt, polymer, carbon or organic fibers or a combination of them, and its linear density is in the range from 29 to 4800 tex. The inner and / or outer surface of the element is lined with a layer of sealing material, for example rubber, thermoplastic, with a thickness of 0.3 ... 5 mm. The sealing layer is additionally reinforced with continuous threads, for example glass, basalt, carbon or polymer. The sealing layer is made of a reinforced layer with a volume ratio of the reinforcing material to the binder from 1: 1 to 1: 2. Between the sealing layer and the reinforcing carcass is an additional adhesive layer, which contains a woven-reinforced reinforcing layer. The reinforcing frame is placed in a continuous medium of a polymer, polyester, vinyl ester or epoxy binder holding it together. The binder holding the reinforcing frame is modified with flame retardants or pigment additives. The inner and / or outer surface of the structural element is lined with a wear-resistant material, for example polyurethane (see RF patent No. 2196866, IPC E04C 3/28, B29D 22/00, B29K 105: 06, published on January 20, 2003 - the closest analogue) .
В результате анализа данного изобретения необходимо отметить, что выполнение конструкционного элемента с одной или несколькими внутренними продольными полостями в сочетании с расположением армирующего однонаправленного материала наклонно к продольным слоям позволяет получить конструкцию незначительной массы при повышенной жесткости элемента и повышенной прочности композиционного материала в плоскости поперечного сечения элемента, причем расположение наклонных нитей вокруг отдельных полостей в случае многополостной конструкции позволяет получать равнопрочные внутренние перемычки и наружные стенки элемента. Указанные объемные соотношения продольных и наклонных нитей, всех нитей и полимерного связующего, отношение линейных плотностей продольных и наклонных нитей и соотношение площадей поперечных сечений всех слоев с продольными нитями и всех слоев с наклонным расположением нитей позволяет получить длинномерные изделия различной номенклатуры, повышенной жесткости, прочности при пониженной материалоемкости.As a result of the analysis of this invention, it should be noted that the implementation of the structural element with one or more internal longitudinal cavities in combination with the location of the reinforcing unidirectional material inclined to the longitudinal layers allows to obtain a structure of low mass with increased stiffness of the element and increased strength of the composite material in the plane of the cross section of the element, moreover, the location of the inclined filaments around individual cavities in the case of a multi-cavity structure and allows to obtain equal strength internal jumpers and the outer walls of the element. The indicated volumetric ratios of longitudinal and inclined threads, all threads and a polymer binder, the ratio of the linear densities of longitudinal and inclined threads and the ratio of the cross-sectional areas of all layers with longitudinal threads and all layers with an inclined arrangement of threads allows to obtain long products of different nomenclature, increased stiffness, strength at low material consumption.
Однако технология изготовления данного конструкционного элемента весьма сложна, так как для формирования композиционного пакета требуется значительное количество разнородных материалов, наматываемых в виде слоев, для каждого из которых требуются индивидуальные технологические режимы намотки. Кроме того, формирующие изделие материалы обладают различными механическими характеристиками (прочностью, жесткостью и т.п.), что приводит к тому, что при эксплуатации силового конструкционного элемента часть его композиционных слоев эксплуатируется на пределе нагрузок, а часть - недогружена. Это приводит к необходимости регулирования толщины слоев, а следовательно, к усложнению техпроцесса изготовления, увеличению габаритов и массы изделия и снижению срока его эксплуатации.However, the manufacturing technology of this structural element is very complex, since the formation of a composite package requires a significant amount of dissimilar materials wound in layers, each of which requires individual technological winding modes. In addition, the materials forming the product have various mechanical characteristics (strength, rigidity, etc.), which leads to the fact that during the operation of the power structural element, part of its composite layers is operated at the load limit, and part is underloaded. This leads to the need to control the thickness of the layers, and therefore, to complicate the manufacturing process, increase the dimensions and weight of the product and reduce its life.
Технической задачей изобретения является разработка длинномерного силового конструкционного элемента типа вертикальной колонны из ПКМ, обладающего уменьшенной массой, технологичного в изготовлении и обладающего высокой стойкостью к воздействию осевых, изгибных и скручивающих нагрузок, а также неблагоприятных климатических факторов.An object of the invention is the development of a lengthy power structural element such as a vertical column of PCM, which has a reduced mass, is technologically advanced to manufacture, and is highly resistant to axial, bending and torsional loads, as well as adverse climatic factors.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что длинномерный силовой конструкционный элемент - вертикальная колонна из полимерного композиционного материала содержит пропитанные связующим и уложенные друг на друга слои композиционного материала, образующие непрерывную стенку продольной полости и расположенные по пространственным спиральным кривым, наклоненным к продольной оси полости под постоянным углом не менее 40°. Новым является то, что в качестве материала слоев, образующих тонкостенную цилиндрическую или слабоконическую оболочку, использован стеклоровинг, пропитанный наномодифицированным связующим в ходе «мокрой» намотки слоев. Соседние слои намотаны друг относительно друга перекрестно относительно продольной оси и под разными углами к продольной оси элемента, а именно поперечно намотанные слои - под углом в диапазоне (интервале) 40…50°; продольно намотанные слои - под углом в диапазоне 5…10°. Из слоев сформированы два типа чередующихся пакетов, отличающихся по количеству и расположению слоев в них, а именно поперечный пакет из двух поперечно и перекрестно намотанных слоев и продольный пакет из четырех продольно и чередующихся перекрестно намотанных слоев, причем наружный и самый нижний внутренний пакеты композиционного элемента - поперечные.The specified technical result is ensured by the fact that the lengthy strength structural element - a vertical column of polymer composite material contains layers of composite material impregnated with a binder and stacked on one another, forming a continuous wall of the longitudinal cavity and located along spatial spiral curves inclined to the longitudinal axis of the cavity at a constant angle not less than 40 °. New is that as the material of the layers forming a thin-walled cylindrical or slightly conical shell, glass roving is used, impregnated with a nano-modified binder during the “wet” winding of the layers. Neighboring layers are wound relative to each other crosswise relative to the longitudinal axis and at different angles to the longitudinal axis of the element, namely the transversely wound layers - at an angle in the range (interval) of 40 ... 50 °; longitudinally wound layers - at an angle in the range of 5 ... 10 °. Two types of alternating packets are formed from the layers, differing in the number and arrangement of layers in them, namely, a transverse packet of two transversely and cross-wound layers and a longitudinal packet of four longitudinally and alternating cross-wound layers, the outer and lowest inner packets of the composite element being transverse.
Отношение количества продольно намотанных слоев к количеству поперечно намотанных слоев оптимально составляет 60% к 40%, в типовом случае при общем количестве 20 слоев в 7 пакетах: общее количество 12 продольных слоев в 3 продольных пакетах и общее количество 8 поперечных слоев в 4 поперечных пакетах.The ratio of the number of longitudinally wound layers to the number of transversely wound layers is optimally 60% to 40%, typically with a total of 20 layers in 7 packets: a total of 12 longitudinal layers in 3 longitudinal packets and a total of 8 transverse layers in 4 transverse packets.
На фиг.1 представлен чертеж общего вида примера силового конструкционного элемента - типовой вертикальной колонны (ТВК).Figure 1 presents a General view drawing of an example of a power structural element - a typical vertical columns (TCEs).
Конструкционный композиционный элемент представляет собой многослойную конструкцию, в которой каждый следующий слой намотан перекрестно по отношению к предыдущему.The structural composite element is a multilayer structure in which each subsequent layer is wound crosswise with respect to the previous one.
Существенно, что для достижения указанного технического результата слои скомпонованы в чередующиеся пакеты композиционных слоев двух типов. Один тип пакетов состоит из четырех перекрестно друг относительно друга намотанных продольной намоткой слоев стеклоровинга, этот тип пакетов предназначен для восприятия изгибающей и сжимающей нагрузки. Второй тип пакетов состоит из двух перекрестно друг относительно друга намотанных поперечной намоткой слоев стеклоровинга, слои этого типа пакетов предназначены для восприятия крутящего момента, а также для создания сжимающих напряжений в пакете слоев. Перекрестная намотка соседних слоев обеспечивает равномерное распределение разнонаправленного крутящего момента по объему изделия. Продольная перекрестная намотка обеспечивает эффективное восприятие изгибающего момента и равномерное распределение деформаций.It is significant that in order to achieve the indicated technical result, the layers are arranged in alternating packets of composite layers of two types. One type of bag consists of four glass-wound layers of cross-wound cross-wise relative to each other, this type of bag is designed to absorb bending and compressive loads. The second type of packages consists of two glass-wound layers of cross-wound cross-wound relative to each other layers of this type of packages designed to absorb torque, as well as to create compressive stresses in the package of layers. Cross winding adjacent layers provides uniform distribution of multidirectional torque over the volume of the product. Longitudinal cross winding provides an effective perception of bending moment and uniform distribution of deformations.
Пакеты, состоящие из двух поперечно и перекрестно намотанных слоев, обеспечивают создание сжимающих усилий в пакете слоев, которые эффективно противодействуют крутящим моментам и воспринимают осевую нагрузку. Внешний и внутренний пакеты слоев, кроме того, обеспечивают сохранение формы конструктивного элемента.Packages consisting of two transversely and cross-wound layers, provide the creation of compressive forces in the package layers, which effectively resist torque and absorb axial load. The external and internal packages of layers, in addition, ensure the preservation of the shape of the structural element.
Как показали исследования, наиболее оптимальным является следующее соотношение общего количества продольно намотанных слоев к общему количеству поперечно намотанных слоев: 60% к 40%.As studies have shown, the most optimal is the following ratio of the total number of longitudinally wound layers to the total number of transversely wound layers: 60% to 40%.
Слои конструкционного элемента получают «мокрой» намоткой ленты, образованной набором нитей стеклоровинга, на которые нанесено связующее, на вращающуюся технологическую оправку, при этом возвратно-поступательное движение намоточной головки станка обеспечивает укладку слоев под заданными углами армирования последовательно слой за слоем композиционного материала. Технологическая оправка, внешняя конфигурация которой соответствует внутренней поверхности изготавливаемой колонны, может быть сделана из различных материалов, например из металла, и ее вынимают из изделия после его отверждения.The layers of the structural element are obtained by “wet” winding of the tape formed by a set of glass-roving threads, on which a binder is applied, on a rotating technological mandrel, while the reciprocating movement of the winding head of the machine ensures that the layers are laid at predetermined angles of reinforcement sequentially layer by layer of composite material. The technological mandrel, the external configuration of which corresponds to the inner surface of the manufactured column, can be made of various materials, for example, metal, and it is removed from the product after it is cured.
Сущность технологии намотки заключается в том, что нити или лента армирующего наполнителя, пропитанные полимерным связующим, укладываются под натяжением по определенной траектории на технологическую оправку, конфигурация (профиль) которой соответствует поверхности изготавливаемой детали. Уплотнение материала происходит за счет перпендикулярной к поверхности оправки составляющей усилия натяжения. Слои материала образуются за счет последовательного смещения каждого витка относительно предыдущего на ширину этого витка, при этом укладываемые витки должны находиться на оправке в состоянии статического равновесия, то есть удерживаться на заданном месте без скольжения.The essence of winding technology lies in the fact that the threads or tape of the reinforcing filler, impregnated with a polymer binder, are laid under tension along a certain path to the technological mandrel, the configuration (profile) of which corresponds to the surface of the manufactured part. The compaction of the material occurs due to the component of the tensile force perpendicular to the surface of the mandrel. Layers of material are formed due to the successive displacement of each turn relative to the previous one by the width of this turn, while the stacked turns should be on a mandrel in a state of static equilibrium, that is, be held in place without slipping.
В процессе намотки армирующий материал в виде непрерывного стеклоровинга (жгута) наматывается на вращающуюся оправку. Для получения спиральной намотки скорость перемещения каретки синхронизирована со скоростью вращения оправки и задает угол намотки. Последовательные слои наносятся под заданными углами намотки, пока не будет намотано заданное количество слоев. Угол намотки по отношению к продольной оси оправки на намоточном станке в принципе может изменяться в очень широких пределах от близкого к 0° (продольного) до близкого к 90° (поперечного). При "мокрой" намотке смолу связующего наносят в процессе самой намотки. Отверждение вели в печи при температуре 60…120°C или при естественном отверждении при температуре 20…30°C.During winding, the reinforcing material in the form of continuous glass roving (tow) is wound on a rotating mandrel. To obtain a spiral winding, the speed of movement of the carriage is synchronized with the speed of rotation of the mandrel and sets the angle of winding. Successive layers are applied at predetermined winding angles until a predetermined number of layers are wound. The winding angle with respect to the longitudinal axis of the mandrel on the winding machine can, in principle, vary over a wide range from close to 0 ° (longitudinal) to close to 90 ° (transverse). With "wet" winding, the binder resin is applied in the process of winding itself. Curing was carried out in an oven at a temperature of 60 ... 120 ° C or during natural curing at a temperature of 20 ... 30 ° C.
Важно отметить, что для изготовления изделия в качестве армирующего наполнителя используется лишь один материал - стеклоровинг, и одно связующее, а улучшенные технические свойства силового конструкционного элемента формируются за счет разработанной новой схемы укладки слоев в пакетах из них, что также значительно упрощает технологию изготовления с одновременным обеспечением требуемых высоких технических характеристик изделия.It is important to note that for the manufacture of the product as a reinforcing filler, only one material is used - glass roving, and one binder, and the improved technical properties of the power structural element are formed due to the developed new scheme for laying layers in packages of them, which also greatly simplifies the manufacturing technology while ensuring the required high technical characteristics of the product.
Основными материалами для изготовления изделия являются композиты на основе стеклянных волокон - распространенные стеклоровинги (например, марки РВМПН-10-1200-14). Они обладают достаточно высокой прочностью при низкой по сравнению с углеродным волокном стоимости. Вместе с тем, модули упругости стеклопластиков невелики. Поэтому на случай, если модули упругости стеклопластиков окажутся недостаточными, возможно применение материалов на основе углеродных волокон - углепластиков. Их характеристики значительно выше, хотя их использование сопряжено с гораздо более высокой стоимостью.The main materials for the manufacture of the product are composites based on glass fibers - common glass roving (for example, brand RVMPN-10-1200-14). They have a sufficiently high strength at a low cost compared to carbon fiber. However, the elastic moduli of fiberglass are small. Therefore, in the event that the elastic moduli of fiberglass are insufficient, it is possible to use materials based on carbon fibers - carbon fiber. Their characteristics are much higher, although their use is associated with a much higher cost.
В качестве наномодифицированного связующего наиболее целесообразно использование эпоксидного связующего марки ВСЭ-28 по ТУ 1-595-12-1344-2012, поскольку его повышенные физико-механические характеристики позволяют обеспечить необходимый уровень прочности конструкции при использовании в качестве армирующего наполнителя жгутов стеклоровинга. При использовании в качестве связующего других известных немодифицированных смол необходимый уровень физико-механических свойств может быть достигнут только введением в состав армирующего наполнителя жгутов углеродных волокон. Однако стоимость углеродных волокон значительно выше стоимости традиционного стеклоровинга.As a nanomodified binder, it is most advisable to use the VSE-28 epoxy binder according to TU 1-595-12-1344-2012, since its increased physical and mechanical characteristics make it possible to provide the necessary level of structural strength when using glass roving bundles as a reinforcing filler. When using other known unmodified resins as a binder, the necessary level of physical and mechanical properties can be achieved only by introducing carbon fiber bundles into the composition of the reinforcing filler. However, the cost of carbon fibers is significantly higher than the cost of traditional glass roving.
Характеристики наномодифицированного эпоксидного связующего марки ВСЭ-28 по ТУ 1-595-12-1344-2012 представлены в таблицах 1 и 2.The characteristics of the nanomodified epoxy binder grade VCE-28 according to TU 1-595-12-1344-2012 are presented in tables 1 and 2.
Для изготовления силового конструкционного элемента используют распространенные стеклоровинги, например, марки РВМПН-10-1200-14, выборочные характеристики которого представлены в таблицах 3 и 4.For the manufacture of a power structural element using common glass roving, for example, brand RVMPN-10-1200-14, selective characteristics of which are presented in tables 3 and 4.
Пример осуществления заявленного изобретения.An example implementation of the claimed invention.
Изготавливали типовую вертикальную колонну (ТВК) - опору для линий электропередач (ЛЭП) или моста - пустотелую слабоконическую оболочку длиной 6 метров и диаметром основания 1,2 метра.A typical vertical column (TEC) was made — a support for power lines (power lines) or a bridge — a hollow, slightly conical shell, 6 meters long and a base diameter of 1.2 meters.
Изготовление проводили на серийном многокоординатном намоточном станке.Production was carried out on a serial multi-axis winding machine.
При общем количестве 20 слоев в 7 пакетах: общее количество 12 продольных слоев в 3 продольных пакетах и общее количество 8 поперечных слоев в 4 поперечных пакетах.With a total of 20 layers in 7 packets: a total of 12 longitudinal layers in 3 longitudinal packets and a total of 8 transverse layers in 4 transverse packets.
Однонаправленные намотанные слои обозначены одним знаком (+ или -). Соседние слои, обозначенные разными знаками «+» и «-», называют перекрестно намотанными.Unidirectional wound layers are indicated by a single sign (+ or -). Neighboring layers, marked by different signs "+" and "-", are called cross-wound.
Углы намотки (укладки) слоев при продольной намотке составляли +7° и -7°.The winding (stacking) angles of the layers during longitudinal winding were + 7 ° and -7 °.
Углы намотки (укладки) слоев при поперечной намотке составляли +45° и -45°.The winding (stacking) angles of the layers during transverse winding were + 45 ° and -45 °.
В таблице 5 представлены номера слоев от 1 (самого нижнего внутреннего) до 20 (внешнего наружного) и их углы укладки.Table 5 shows the layer numbers from 1 (the lowest inner) to 20 (outer outer) and their laying angles.
Первый и второй слои образуют первый пакет (внутренний, поперечный).The first and second layers form the first packet (inner, transverse).
Слои с третьего по шестой образуют второй пакет (продольный).The third through sixth layers form the second packet (longitudinal).
Седьмой и восьмой слои образуют третий пакет (поперечный).The seventh and eighth layers form the third packet (transverse).
Слои с девятого по двенадцатый образуют четвертый пакет (продольный).Layers from the ninth to the twelfth form the fourth packet (longitudinal).
Тринадцатый и четырнадцатый слои образуют пятый пакет (поперечный).The thirteenth and fourteenth layers form the fifth packet (transverse).
Слои с пятнадцатого по восемнадцатый образуют шестой пакет (продольный).Layers from the fifteenth to the eighteenth form the sixth packet (longitudinal).
Девятнадцатый и двадцатый слои образуют седьмой пакет (внешний, поперечный).The nineteenth and twentieth layers form the seventh packet (outer, transverse).
Выборочные характеристики полученной 20-слойной ТВК приведены в таблице 6.Selected characteristics of the obtained 20-layer TCEs are shown in table 6.
По сравнению с наиболее широко используемыми аналогичными традиционными конструкциями разработанный длинномерный силовой конструкционный элемент обладает на 25% более высокой несущей способностью, уменьшенными на 20% массой, на 10% трудоемкостью изготовления и на 15% стоимостью, а также увеличенной стойкостью к агрессивным средам и неблагоприятным атмосферным воздействиям.Compared with the most widely used similar traditional structures, the developed long-length power structural element has 25% higher bearing capacity, reduced by 20% weight, 10% labor-intensive manufacturing and 15% cost, as well as increased resistance to aggressive environments and adverse atmospheric conditions impacts.
Использование ТВК в качестве опоры ЛЭП обеспечивает:The use of TCEs as a transmission line support provides:
- снижение массы изделия в 1,5…2,0 раза по сравнению с металлическими аналогами, что приводит к снижению расходов на транспортировку и монтаж;- reducing the mass of the product by 1.5 ... 2.0 times compared with metal analogues, which leads to lower costs for transportation and installation;
- высокую устойчивость к коррозии, обледенению и другим атмосферным воздействиям;- high resistance to corrosion, icing and other atmospheric influences;
- снижение трудоемкости изготовления;- reducing the complexity of manufacturing;
- оптимизацию технологического членения, применение оптимальных конструктивных решений, реализация которых на традиционных металлических опорах невозможна.- optimization of technological division, the use of optimal design solutions, the implementation of which on traditional metal supports is impossible.
Секция ТВК может выполнять функции основного силового конструкционного элемента, воспринимая действующие нагрузки, обеспечивая прочность и заданный уровень предельных деформаций в конструкции и сохраняя заданные физико-механические свойства в течение всего срока службы при условии соблюдения правил и режима эксплуатации, благодаря разработанной конструктивно-технологической схеме оптимальной укладки слоев стеклоровинга с наномодифицированным связующим в чередующихся пакетах и использованию наномодифицированного эпоксидного связующего, преимущественно марки ВСЭ-28 по ТУ 1-595-12-1344-2012.The TCE section can perform the functions of the main power structural element, perceiving the acting loads, providing strength and a predetermined level of ultimate deformations in the structure and preserving the specified physical and mechanical properties throughout the entire service life, subject to the rules and the operating mode, due to the developed structural and technological scheme of optimal laying layers of glass roving with a nano-modified binder in alternating bags and the use of nano-modified epoxy s yazuyuschego advantageously brand ICE-28 TU 1-595-12-1344-2012.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013122082/03A RU2529206C1 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013122082/03A RU2529206C1 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2529206C1 true RU2529206C1 (en) | 2014-09-27 |
Family
ID=51656577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013122082/03A RU2529206C1 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2529206C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602255C1 (en) * | 2015-11-11 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "Дальневосточная распределительная сетевая компания" | Method of making composite module for overhead transmission line support |
| RU184287U1 (en) * | 2018-06-27 | 2018-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | COMPOSITE STAND FOR SUPPORT OF BRIDGE STRUCTURES |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2516395A1 (en) * | 1974-04-19 | 1975-11-06 | Martin Marietta Corp | PRESSURE VESSEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE PRESSURE VESSEL |
| SU1549773A1 (en) * | 1986-12-03 | 1990-03-15 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Гидротехники И Мелиорации | Method of producing polymer-concrete tube |
| RU2100200C1 (en) * | 1994-12-13 | 1997-12-27 | Малое предприятие "Институт композитных технологий" | Method of manufacturing high-strength composition vessel |
| RU2141073C1 (en) * | 1998-05-21 | 1999-11-10 | Карпов Юрий Петрович | High pressure vessel |
| RU2180418C2 (en) * | 2000-05-25 | 2002-03-10 | Закрытое акционерное общество "Пласт" | Pipe made from composite material and method of manufacture of such pipe |
| RU2234412C1 (en) * | 2003-08-14 | 2004-08-20 | Колганов Валерий Иванович | Method of manufacture of an item of the tubular form with a cone-shaped section and an item of the tubular form with a cone-shaped section made in the form of a shell of a structure or a construction |
-
2013
- 2013-05-15 RU RU2013122082/03A patent/RU2529206C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2516395A1 (en) * | 1974-04-19 | 1975-11-06 | Martin Marietta Corp | PRESSURE VESSEL AND METHOD OF MANUFACTURING THE PRESSURE VESSEL |
| SU1549773A1 (en) * | 1986-12-03 | 1990-03-15 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Гидротехники И Мелиорации | Method of producing polymer-concrete tube |
| RU2100200C1 (en) * | 1994-12-13 | 1997-12-27 | Малое предприятие "Институт композитных технологий" | Method of manufacturing high-strength composition vessel |
| RU2141073C1 (en) * | 1998-05-21 | 1999-11-10 | Карпов Юрий Петрович | High pressure vessel |
| RU2180418C2 (en) * | 2000-05-25 | 2002-03-10 | Закрытое акционерное общество "Пласт" | Pipe made from composite material and method of manufacture of such pipe |
| RU2234412C1 (en) * | 2003-08-14 | 2004-08-20 | Колганов Валерий Иванович | Method of manufacture of an item of the tubular form with a cone-shaped section and an item of the tubular form with a cone-shaped section made in the form of a shell of a structure or a construction |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602255C1 (en) * | 2015-11-11 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "Дальневосточная распределительная сетевая компания" | Method of making composite module for overhead transmission line support |
| RU184287U1 (en) * | 2018-06-27 | 2018-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | COMPOSITE STAND FOR SUPPORT OF BRIDGE STRUCTURES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7856778B2 (en) | FRP composite wall panels and methods of manufacture | |
| CA1114138A (en) | Reinforced laminated structure | |
| KR102181843B1 (en) | Torsion-loaded rod-shaped component with different fibre reinforcements for tensile and compressive loading | |
| RU2542294C2 (en) | Lengthy load-bearing structural element of construction beam type from polymer composite material | |
| RU2529206C1 (en) | Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material | |
| WO2016095788A1 (en) | Composite material railway sleeper and manufacturing method therefor | |
| US9073273B2 (en) | Method of manufacturing an oblong shell part and such shell part | |
| CN1665676A (en) | Three-dimensional knit spacer fabric sandwich composite | |
| CN212583329U (en) | Reinforced cracking raw bamboo | |
| Huang et al. | Experimental study on the tensile properties of bamboo related to its distribution of vascular bundles | |
| KR101011884B1 (en) | Fishing rod | |
| US20150050440A1 (en) | Multi-dimensional fiber composites and articles using the same | |
| Komkov | Rheological properties of polymer binders used in the winding of products made of composite materials | |
| KR101388242B1 (en) | Method for making hybrid fpr having carbon fiber and aramid fiber | |
| JP6151047B2 (en) | Composite structure construction method and composite structure | |
| RU2520542C1 (en) | Composite fibre-glass reinforcement (versions) | |
| EP3006806A1 (en) | Heat insulation material and method of manufacturing heat insulation material | |
| CN104295005B (en) | Sheet steel glass fiber composite rib in radial distribution and manufacturing method thereof | |
| Chen et al. | Behavior of CFRP-strengthened chamfered laminated bamboo lumber under eccentric compression | |
| US20110129350A1 (en) | Fibre-Reinforced Plastic Material | |
| Kalyankar et al. | Structural characterization of natural fiber reinforced polymeric (NFRP) laminates for building construction | |
| KR102217436B1 (en) | Laminate and molded product including the same | |
| RU111560U1 (en) | REINFORCEMENT ELEMENT | |
| Aydın et al. | Experimental Study of Flexural Performance of Reinforced Concrete Beams and Hybrid Beams | |
| CN109808203A (en) | A kind of transverse mechanical reinforces the processing technology of type polyurethane gantry |