RU2558506C1 - Оболочечная конструкция и способ ее изготовления - Google Patents
Оболочечная конструкция и способ ее изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558506C1 RU2558506C1 RU2014121419/13A RU2014121419A RU2558506C1 RU 2558506 C1 RU2558506 C1 RU 2558506C1 RU 2014121419/13 A RU2014121419/13 A RU 2014121419/13A RU 2014121419 A RU2014121419 A RU 2014121419A RU 2558506 C1 RU2558506 C1 RU 2558506C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- stiffeners
- layers
- rib
- shell structure
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении оболочек, применяемых в изделиях авиационно-космической техники, баллонах давления, трубопроводах нефтехимической и газовой промышленности. Оболочечная конструкция включает реберно-ячеистый каркас (1) из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей с образованием ребер жесткости с узлами их перекрестий и концентричный реберно-ячеистому каркасу внешний слой (4). Также она снабжена слоем, установленным с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему. При этом внутренний (5) и внешний (4) слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей (8), в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса. Способ изготовления оболочечной конструкции заключается в том, что составляющие ее внешний, средний и внутренний слои, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга. Средний составляющий слой получают путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, их отверждения и снятия с оправки. Затем полученный средний слой и имеющиеся внешний (4) и внутренний (5) составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси (14). Собранную конструкцию размещают между концентрично установленными индукторами, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний и внутренний слои в местах расположения ребер жесткости и узлов перекрестий среднего слоя образуют полости (8), а в местах их отсутствия сближаются друг с другом. Достигаемый технический результат заключается в повышении прочности и надежности оболочек, уменьшении их массы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении оболочек, применяемых в изделиях авиационно-космической техники, баллонах давления, трубопроводах нефтехимической и газовой промышленности.
Известны способы изготовления цельнонамотанных оболочек из композиционных материалов, включающие пропитку нитей связующим, укладку прядей нитей в виде лент на оправку с различным углом наклона к оси ее вращения с формированием несущих слоев, термообработку с отверждением связующего и извлечение оправки (US №3047191).
Проблема таких оболочек заключается в обеспечении их герметичности, поэтому для изготовления высокопрочных оболочек под наматываемые слои вводят герметизирующие слои (FR №1414309).
Введение герметизирующих слоев приводит к увеличению веса изделий.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой оболочечной конструкции можно считать «Трубу - оболочку из композиционного материала», содержащую силовой каркас ячеистой структуры из повторяющихся по толщине стенки трубы слоев систем перекрещивающихся спиральных, кольцевых и продольных лент, образующих ребра жесткости между узлами перекрестий (RU №2434748).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу можно считать «Способ изготовления комбинированной упаковочной емкости», при котором имеющую форму стакана внутреннюю емкость, а также окружающую внутреннюю емкость по ее боковой поверхности, имеющую форму манжеты, наружную деталь изготавливают по отдельности, затем вдвигают в друг друга (RU №2430000).
Недостаток указанного способа заключается в недостаточной собственной жесткости получаемой упаковочной емкости.
Технической задачей, на которую направлено изобретение, является повышение прочности и жесткости оболочек, уменьшение их массы.
Поставленная задача решается тем, что оболочечная конструкция, имеющая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей, с образованием ребер жесткости с узлами их перекрестий, и концентричный реберно-ячеистому каркасу внешний слой, снабжена слоем, установленным с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему, при этом внутренний и внешний слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы, а их выпуклые и вогнутые участки соединены с образованием полостей, в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса.
Для решения поставленной задачи в оболочечной конструкции торцевые зоны внешнего и внутреннего слоев, расположенные с противоположных открытых концов конструкции, оснащены герметизирующими элементами, а между внешним слоем, реберно-ячеистым каркасом и внутренним слоем размещена связующая прослойка.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе изготовления оболочечной конструкции, при котором составляющие ее слои, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга, средний составляющий слой получают путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, их отверждения и снятия с оправки, затем полученный средний слой и имеющиеся внешний и внутренний составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси, собранное размещают между концентрично установленными индукторами, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний и внутренний слои в местах расположения ребер жесткости и узлов перекрестий среднего слоя образуют полости, а в местах их отсутствия сближаются друг с другом.
Для решения поставленной задачи при осуществлении способа образованные полости герметизируют с последующим вакуумированием, кроме того, перед последовательным осесимметричным расположением составляющих оболочечную конструкцию слоев на внутреннюю поверхность внешнего слоя, наружную поверхность внутреннего слоя и наружную и внутреннюю поверхности среднего слоя наносят связующий состав.
Совокупность признаков, характеризующих предлагаемое изобретение, позволяет получить оболочечную конструкцию, обладающую максимальной жесткостью при ее минимальном весе.
На фиг. 1 представлена оболочечная конструкция в разрезе, на фиг. 2 - схема образования среднего слоя оболочечной конструкции путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, на фиг. 3 - схема электромагнитной штамповки оболочечной конструкции (исходное положение, положение после штамповки), на фиг. 4 показан средний слой оболочечной конструкции, представляющий собой реберно-ячеистый каркас.
Оболочечная конструкция имеет реберно-ячеистый каркас 1 из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей, с образованием ребер жесткости 2 с узлами их перекрестий 3, и концентричные реберно-ячеистому каркасу внешний 4 и внутренний 5 слои.
Внутренний 5 и внешний 4 слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей 8, в которых размещены ребра жесткости 2 и узлы перекрестий 3 ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса 1.
Торцевые зоны внешнего 4 и внутреннего 5 слоев, расположенные с противоположных концов конструкции, оснащены герметизирующими элементами 9.
Между внешним слоем 4, реберно-ячеистым каркасом 1 и внутренним слоем 5 размещена связующая прослойка 10.
В предлагаемом способе изготовления оболочечной конструкции составляющие ее слои 4, 1, 5, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга.
Средний составляющий слой, представляющий собой реберно-ячеистую конструкцию 1, получают путем намотки на оправку 11 систем перекрещивающихся правой 12 и левой 13 спиралей с образованием ребер жесткости 2 с узлами перекрестий 3, их отверждения и снятия с оправки.
Полученную реберно-ячеистую конструкцию 1 и имеющиеся внешний 4 и внутренний 5 составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси 14.
Собранное размещают между концентрично установленными индукторами 15 и 16, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний 4 и внутренний 5 слои в местах расположения ребер жесткости 2 и узлов перекрестий 3 реберно-ячеистой конструкции 1 образуют полости 8, а в местах их отсутствия соприкасаются друг с другом.
Полость 8 может быть выполнена герметичной, и в ней может быть откачан воздух, т.е. произведено вакуумирование.
Перед последовательным концентричным расположением составляющих оболочечную конструкцию слоев 4, 1, 5 на их поверхности наносят связующую прослойку 10.
Предлагаемую последовательность образования оболочечной конструкции рассмотрим на конкретном примере.
Средний слой оболочечной конструкции, представляющий собой реберно-ячеистый каркас, получают намоткой на цилиндрической оправке 11 (фиг. 2) жгута из материала Армас-600-К ТУ 2272-011-59207771-2006, пропитанного связующим ЭХО-МК ОСТ 3-4759-80.
В начальный момент жгут фиксируют в точке «а», далее жгут перемещают с постоянной скоростью вдоль оси оправки 11 при одновременном вращении оправки с постоянной угловой скоростью по часовой стрелке к противолежащей точке «б», где жгут фиксируют и далее перемещают вдоль оси оправки с постоянной скоростью в противоположном направлении - от точки «б» к точке «а», при этом оправка продолжает вращение с постоянной угловой скоростью по часовой стрелке. При движении от точки «б» к точке «а» жгут укладывается по линии правой спирали 12, а при движении от точки «б» к точке «а» - по линии левой спирали 13.
В результате намотки жгута, пропитанного связующим материалом, по схеме (фиг. 2) получают реберно-ячеистый каркас 1 из повторяющихся систем спиралей с образованием ребер жесткости 2 с узлами перекрестий 3 (фиг. 4).
После отверждения каркас снимают с оправки 11, получая готовый средний слой, который показан на фиг. 4.
Внешний слой 4 и внутренний слой 5 предварительно изготавливают в виде цилиндрических тонкостенных обечаек, например, методом вальцовки листовой заготовки с последующей сваркой. Далее, внутреннюю поверхность внешнего слоя 4 и наружную поверхность внутреннего слоя 5 покрывают слоем клея 10, например ЭПК-1 ГОСТ 0949-2013.
Затем реберно-ячеистый каркас 1 размещают внутри наружного слоя 4, покрытого изнутри слоем клея 10, далее внутренний слой 5, покрытый снаружи слоем клея 10, устанавливают во внутреннюю полость реберно-ячеистого каркаса 1. Полученную сборку размещают в полости между концентрично установленными индукторами 15 и 16 (фиг. 3). На индукторы подают одновременный импульс, под воздействием которого внешний 4 и внутренний 5 слои деформируются (в частном случае до соприкосновения, как показано на фиг. 1). Полученную сборку вынимают из полости между индукторами и выдерживают не менее 18 часов для «схватывания» клеевого слоя.
Полость 8 полученной сборки (фиг. 1) далее герметизируют, заваривая швом 9 (ГОСТ 14806-80) торцевые зоны внешнего и внутреннего слоев. Из полости 8 откачивают воздух, осуществляя вакуумирование.
Главное достоинство предлагаемой оболочечной конструкции заключается в том, что она обеспечивает высокую прочность и жесткость при минимальном собственном весе.
Предлагаемая оболочечная конструкция по торцам может быть закрыта сферическими или эллиптическими днищами. Полученная таким образом емкость может быть использована в качестве топливного бака космических аппаратов.
Учитывая возможность вакуумирования пространства между внешним и внутренним слоями оболочечной конструкции, а также способ ее изготовления, она может быть использована в качестве корпуса возвращаемого космического аппарата. Во всех случаях предлагаемая конструкция обеспечивает значительную экономию веса изделия.
Прочные, жесткие, обладающие термоизоляционными свойствами стенки предлагаемой оболочечной конструкции позволяют эффективно использовать ее в нефтегазовой отрасли для транспортировки и хранения нефтепродуктов и сжиженного природного газа.
В качестве реберно-ячеистого каркаса в предлагаемой оболочечной конструкции помимо неметаллического материала могут быть использованы магниевые и титановые сплавы. Это позволит эффективно использовать предлагаемое решение в производстве авиационной техники.
Возможность расширения сфер применения предлагаемого решения значительно повышает экономическую эффективность данного изобретения.
Claims (6)
1. Оболочечная конструкция, имеющая реберно-ячеистый каркас из повторяющихся систем перекрещивающихся спиралей с образованием ребер жесткости с узлами их перекрестий, и концентричный реберно-ячеистому каркасу внешний слой, отличающаяся тем, что она снабжена слоем, установленным с внутренней стороны реберно-ячеистого каркаса и концентрично ему, при этом внутренний и внешний слои выполнены из тонкостенного материала волнообразной формы с образованием полостей, в которых размещены ребра жесткости и узлы перекрестий ребер жесткости реберно-ячеистого каркаса.
2. Оболочечная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что торцевые зоны внешнего и внутреннего слоев, расположенные с противоположных открытых концов конструкции, оснащены герметизирующими элементами.
3. Оболочечная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что между внешним слоем, реберно-ячеистым каркасом и внутренним слоем размещена связующая прослойка.
4. Способ изготовления оболочечной конструкции, при котором составляющие ее внешний, средний и внутренний слои, выполненные в форме цилиндров, изготавливают по отдельности, а затем вдвигают друг в друга, отличающийся тем, что средний составляющий слой получают путем намотки на оправку систем перекрещивающихся правой и левой спиралей с образованием ребер жесткости с узлами перекрестий, их отверждения и снятия с оправки, затем полученный средний слой и имеющиеся внешний и внутренний составляющие слои последовательно вставляют друг в друга симметрично относительно центральной оси, собранное размещают между концентрично установленными индукторами, работающими по схеме обжим и раздача, и подают на индукторы одновременный импульс, при воздействии которого внешний и внутренний слои в местах расположения ребер жесткости и узлов перекрестий среднего слоя образуют полости, а в местах их отсутствия - сближаются друг с другом.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что образованные полости герметизируют с последующим вакуумированием.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что перед последовательным осесимметричным расположением составляющих оболочечную конструкцию слоев на внутреннюю поверхность внешнего слоя, наружную поверхность внутреннего слоя и наружную и внутреннюю поверхности среднего слоя наносят связующий состав.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121419/13A RU2558506C1 (ru) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Оболочечная конструкция и способ ее изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121419/13A RU2558506C1 (ru) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Оболочечная конструкция и способ ее изготовления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2558506C1 true RU2558506C1 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53795899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014121419/13A RU2558506C1 (ru) | 2014-05-28 | 2014-05-28 | Оболочечная конструкция и способ ее изготовления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558506C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632011C2 (ru) * | 2016-02-01 | 2017-10-02 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Опорная стержневая конструкция из композитных материалов и способ её изготовления |
RU2667080C2 (ru) * | 2016-11-02 | 2018-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ИМПУЛЬС" | Устройство составного мобильного деривационного водовода и способ его возведения |
CN110975790A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-04-10 | 湖南刘文龙生物医药有限责任公司 | 一种生物医药制备用多功能反应釜 |
RU2730123C1 (ru) * | 2019-08-13 | 2020-08-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ изготовления трубы из композиционного материала с кольцевым подкреплением |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1728049A1 (ru) * | 1988-07-07 | 1992-04-23 | Научно-Исследовательский Институт Проблем Машиностроения При Мгту Им.Н.Э.Баумана | Тонкостенна оболочка и оправка дл ее изготовлени |
RU2106971C1 (ru) * | 1994-09-30 | 1998-03-20 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, способ и оправка для ее изготовления |
US5814386A (en) * | 1995-12-01 | 1998-09-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Composite shell formed as a body of rotation, and method and mandrel for making same |
US6155450A (en) * | 1996-10-29 | 2000-12-05 | Mcdonnell Douglas Corporation | Composite shell shaped as a body of revolution |
RU2434748C2 (ru) * | 2009-12-22 | 2011-11-27 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | Труба-оболочка из композиционного материала |
-
2014
- 2014-05-28 RU RU2014121419/13A patent/RU2558506C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1728049A1 (ru) * | 1988-07-07 | 1992-04-23 | Научно-Исследовательский Институт Проблем Машиностроения При Мгту Им.Н.Э.Баумана | Тонкостенна оболочка и оправка дл ее изготовлени |
RU2106971C1 (ru) * | 1994-09-30 | 1998-03-20 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Несущая труба-оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов, способ и оправка для ее изготовления |
US5814386A (en) * | 1995-12-01 | 1998-09-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Composite shell formed as a body of rotation, and method and mandrel for making same |
US6155450A (en) * | 1996-10-29 | 2000-12-05 | Mcdonnell Douglas Corporation | Composite shell shaped as a body of revolution |
RU2434748C2 (ru) * | 2009-12-22 | 2011-11-27 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | Труба-оболочка из композиционного материала |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632011C2 (ru) * | 2016-02-01 | 2017-10-02 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Опорная стержневая конструкция из композитных материалов и способ её изготовления |
RU2667080C2 (ru) * | 2016-11-02 | 2018-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ИМПУЛЬС" | Устройство составного мобильного деривационного водовода и способ его возведения |
RU2730123C1 (ru) * | 2019-08-13 | 2020-08-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ изготовления трубы из композиционного материала с кольцевым подкреплением |
CN110975790A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-04-10 | 湖南刘文龙生物医药有限责任公司 | 一种生物医药制备用多功能反应釜 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2558506C1 (ru) | Оболочечная конструкция и способ ее изготовления | |
US8074826B2 (en) | Damage and leakage barrier in all-composite pressure vessels and storage tanks | |
Madhavi et al. | Design and Analysis of Filament Wound Composite Pressure Vessel with Integrated-end Domes. | |
JP4284705B2 (ja) | 成形体の製造方法、成形体、並びにタンク | |
JP5856447B2 (ja) | 長尺高圧容器 | |
EP3204684B1 (en) | Composite pressure vessel assembly and method of manufacturing | |
CA2992671C (en) | Pressure vessels with polymer matrix composite material | |
WO2017073108A1 (ja) | 複合容器 | |
CN109282139B (zh) | 一种复合材料气瓶及其制备方法 | |
JP2021011948A (ja) | タンク及び方法 | |
US2253093A (en) | High-pressure vessel | |
JP6766948B2 (ja) | 低温タンク及びその製造方法 | |
WO2017167858A3 (en) | Pressure vessel and method for forming an outer layer of a pressure vessel | |
RU2162564C1 (ru) | Баллон давления из композиционных материалов и способ его изготовления | |
RU2560125C2 (ru) | Баллон высокого давления | |
JPH0772600B2 (ja) | 両側端部のドームの開口径が互いに異なる圧力容器の製作方法 | |
CN104948901A (zh) | 具有薄壁金属内衬结构的高温高压气瓶的制造方法 | |
RU2514980C1 (ru) | Армированная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала | |
RU2333412C1 (ru) | Труба или емкость | |
JP6146331B2 (ja) | タンク | |
US20200023593A1 (en) | Method of manufacturing hollow composite structure | |
US3189500A (en) | Method of making a composite multiwalled pressure vessel | |
RU2551442C2 (ru) | Способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления | |
KR20220052322A (ko) | 압력용기 및 압력용기의 제조방법 | |
RU2175088C1 (ru) | Сосуд давления и способ его изготовления (варианты) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180529 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200305 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20200310 |