RU2677200C1 - Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления - Google Patents
Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677200C1 RU2677200C1 RU2017146515A RU2017146515A RU2677200C1 RU 2677200 C1 RU2677200 C1 RU 2677200C1 RU 2017146515 A RU2017146515 A RU 2017146515A RU 2017146515 A RU2017146515 A RU 2017146515A RU 2677200 C1 RU2677200 C1 RU 2677200C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rods
- fitting
- carbon fiber
- composite material
- mandrel
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 4
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 101100008047 Caenorhabditis elegans cut-3 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B7/00—Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к узлу сочленения стержней пространственной конструкции. Техническим результатом является увеличение прочности конструкции во всех направлениях при увеличении удельной жесткости, снижение коэффициента линейного теплового расширения и материалоемкости изготовления. Технический результат достигается узлом сочленения стержней пространственной конструкции, который выполнен из волокнистого полимерного композиционного материала. Узел содержит стержни 1 квадратного сечения и фитинг 2. Причем фитинг 2 содержит сдвоенные фасонки, образованные группами отличных по форме слоев углеволокнистого полимерного композиционного материала с квазиизотропной схемой армирования [0/45/0/-45], соединенных по зонам стыковки углеволокнистого материала. Каждая фасонка направлена в сторону соединяемого стержня 1 и закреплена с одной из его сторон посредством по меньшей мере двух крепежных соединений 5. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области антенной техники, в частности к опорам и монтажным устройствам, являющимся элементами конструкции антенн и связанными с ними устройствами, и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных высокочастотных антенн наземных и космических систем связи.
Известно изобретение, относящееся к строительным конструкциям в целом, а так же к устройствам и деталям для закрепления или соединения конструктивных элементов или деталей машин (патент США 4449843, 1984). Технический результат достигается конструкцией узла сочленения OctaHub, состоящей из стержневых прокатных элементов, объединенных коннектором на болтах или посредством сварки. Коннектор выполнен сварным или цельным в виде сердечника квадратного сечения со спаренными фасонками по каждой стороне квадрата. Фасонки снабжены отверстиями для соединения со стержнями.
Недостатками указанного технического решения является относительно большой вес, вызванный, по меньшей мере наличием сердечника, а также использованием металлического материала (сталь). Металл имеет относительно большой коэффициент термического расширения, что в свою очередь при эксплуатации ведет к ухудшению размерной стабильности конструкции и, следовательно, ухудшает работу антенны.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является конструкция узла сочленения и способ его изготовления (YuBai, Xiao Yang. Novel Joint for Assembly of All-Composite Space Truss Structures: Conceptual Design and Preliminary Study // Journal of Composites for Construction. Vol. 17, Issuenumber 1, P.130-138. doi: 10.1061/(ASCE)CC. 1943-5614.0000304), используемые в пространственных конструкциях космического аппарата. Узел сочленения стержней пространственной конструкции состоит из фитинга и стержней квадратного сечения. Фитинг состоит из двух крестовин, образующих фасонки для крепления стержней, в центре каждой из крестовин имеется паз (щель), обеспечивающий сборку крестовин в единую структуру для последующего склеивания. Каждая крестовина состоит из четырех L-образных профилей, выполненных из стекловолокнистого полимерного композиционного материала пултрузионным способом и склеенных между собой. На конце стержня предусмотрен паз для соединения с фасонкой узла сочленения, причем размеры паза изменяются в зависимости от положения стержня в пространстве. Каждая фасонка снабжена единичным отверстием для соединения со стрежнем болтовым соединением.
Недостатком вышеописанного технического решения является высокая материалоемкость и трудоемкость изготовления, большой вес, низкая удельная прочность и жесткость, вызванная, в том числе, отсутствием квазиизотропности армирования, относительно высокий коэффициент линейного термического расширения применяемого стекловолокнистого полимерного композиционного материала.
Известный способ изготовления узла сочленения стержней пространственной конструкции предусматривает пултрузионное формование стержней квадратного сечения из стекловолокнистого полимерного композиционного материала и L-образных профилей из стекловолокнистого полимерного композиционного материала с последующей обрезкой L-образных профилей, склейку их между собой с образованием крестовины, формирование паза (щели) обеспечивающего сборку крестовин в единую структуру, последующее склеивание и заполнение всех пустот клеем. Высверливание отверстия в каждой из фасонок для болтового соединения со стержнем, а также формирование паза в стержне по форме фасонки, причем размер паза зависит от положения стержня в пространстве.
Недостатком указанного способа является высокая трудоемкость и материалоемкость изготовления.
Решаемой технической задачей является создание конструкции и способа ее изготовления, позволяющих добиться уменьшения коэффициента линейного термического расширения, увеличения удельной прочности и жесткости при обеспечении низкой материалоемкости и трудоемкости изготовления. Решение данной задачи позволяет признать предложенную совокупность объектов как удовлетворяющую требованию единства изобретения.
Задача решается следующим образом.
Узел сочленения пространственной конструкции, выполненный из волокнистого полимерного композиционного материала, содержит фитинг и стержни квадратного сечения. Новым является то, что фитинг содержит сдвоенные фасонки, образованные группами отличных по форме слоев углеволокнистого полимерного композиционного материала с квазиизотропной схемой армирования [0/45/0/-45], соединенных по зонам стыковки углеволокнистого материала. При этом каждая фасонка направлена в сторону соединяемого стержня и закреплена с одной из его сторон посредством, по меньшей мере, двух крепежных соединений.
Решение задачи в способе достигается тем, что узел сочленения стержней пространственной конструкции изготавливается из волокнистого полимерного композиционного материала, включающего формование стержней квадратного сечения и фитинга, причем стержней -пултрузионным способом.
Новым является то, что сдвоенные фасонки фитинга изготавливают последовательной укладкой углеволокнистого полимерного композиционного материала на каждый элемент составной оправки. После завершения укладки на каждом элементе составной оправки должна находиться одна группа слоев углеволокнистого полимерного композиционного материала одинаковой формы с квазиизотропной схемой армирования [0/45/0/-45]. Затем соединяют элементы составной оправки по зонам стыковки углеволокнистого материала, отверждают углеволокнистый материал и удаляют элементы составной оправки.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является устранение технологических ограничений, связанных с заданием необходимой ориентации армирующих волокон и, как следствие, увеличение общей прочности конструкции во всех направлениях; снижение материалоемкости при изготовлении.
Узел сочленения стержней пространственной структуры и способ его изготовления представлены на следующих фигурах:
На фиг. 1 изображен общий вид конструкции узла сочленения пространственной конструкции.
На фиг. 2 показан фитинг.
На фиг. 3 показан общий вид внутренней структуры фитинга узла сочленения пространственной конструкции и формы групп слоев.
На фиг. 4 показан способ укладки углеволокнистого полимерного композиционного материала на элементы составной оправки.
Узел сочленения стержней пространственной конструкции (фиг. 1), выполненный из волокнистого полимерного композиционного материала, содержит стержни 1 квадратного сечения и фитинг 2. Фитинг 2 содержит сдвоенные фасонки 3 (фиг. 2), образованные группами отличных по форме слоев 4 углеволокнистого полимерного композиционного материала с квазиизотропной схемой армирования [0/45/0/-45], соединенных по зонам стыковки 7 углеволокнистого материала Каждая фасонка 3 направлена в сторону соединяемого стержня 1 и закреплена с одной из его сторон посредством, по меньшей мере, двух крепежных соединений 5.
Способ изготовления узла сочленения стержней пространственной конструкции из волокнистого полимерного композиционного материала включает формование стержней 1 квадратного сечения пултрузионным способом и фитинга 2. Сдвоенные фасонки 3 фитинга 2 изготавливают послойной укладкой углеволокнистого полимерного композиционного материала на элементы 6 (фиг. 4) составной оправки таким образом, чтобы на каждой из элементов составной оправки располагалась одна группа слоев 4 углеволокнистого материала с квазиизотропным направлением армирования [0/45/0/-45], соединяют элементы 6 оправки по зонам стыковки 7 углеволокнистого материала, отверждают углеволокнистый материал и удаляют элементы 6 составной оправки.
Конструкция соединяется следующим образом. Стержни квадратного сечения 1 соединяются с соответствующим фитингом 2 в пространственной конструкции посредством закрепления крепежным соединением 5 стержня 1 и сдвоенных фасонок 3. При механических воздействиях на пространственную конструкцию нагрузка распределяется по стержням 1 и фитингам 2. При изменении температуры эксплуатации конструкция изменяет свои размеры на малую величину.
Способ реализуется следующим образом. На формообразующие поверхности каждого из элементов 6 составной оправки последовательно укладывается углеволокнистый полимерный композиционный материал. Укладка производится послойно до тех пор, пока на каждом элементе 6 составной оправки не окажется группы слоев 4 углеволокнистого полимерного композиционного материала с квазиизотропным направлением армирования. После этого элементы 6 составной оправки стыкуются между собой по зонам стыковки 7. Затем отверждают углеволокнистый материал и удаляют элементы составной оправки.
Пример конкретного применения.
1. Подготавливают элементы 6 составной оправки, обезжиривая и нанося слой разделительной смазки FrekoteNC 770.
2. Раскраивают препрег RS125 (ООО «НЦК») на основе углеволокнистого полимерного композиционного материала в соответствии с требуемыми формами выкроек.
3. Укладывают по 4 слоя одинаковой формы на каждый элемент 6 составной оправки в соответствии с направлением армирования [0/45/0/-45].
4. Соединяют элементы 6 составной оправки по зонам стыковки 7.
5. Устанавливают оправку в печь и прогревают оправку до 60°С в течение 10 минут для расплавления связующего материала препрега (смолы) и уменьшения ее вязкости.
6. Вынимают из печи и с помощью динамометрического ключа затягивают крепеж составной оправки до тех пор, пока не получат нужное усилие затяжки, соответствующее необходимому давлению прессования 3 атм.
7. Снова устанавливают составную оправку в печь, нагревают до 60°С, выдерживают 30 минут, нагревают до 120°С и выдерживают 2 часа. Затем оправку охлаждают, удаляют составные элементы 6 и снимают готовый фитинг с оправки.
Claims (2)
1. Узел сочленения стержней пространственной конструкции, выполненный из волокнистого полимерного композиционного материала, содержащий стержни квадратного сечения и фитинг, отличающийся тем, что фитинг содержит сдвоенные фасонки, образованные группами отличных по форме слоев углеволокнистого полимерного композиционного материала с квазиизотропной схемой армирования [0/45/0/-45], соединенных по зонам стыковки углеволокнистого материала, при этом каждая фасонка направлена в сторону соединяемого стержня и закреплена с одной из его сторон посредством по меньшей мере двух крепежных соединений.
2. Способ изготовления узла сочленения стержней пространственной конструкции из волокнистого полимерного композиционного материала, включающий формование стержней квадратного сечения пултрузионным способом и фитинга, отличающийся тем, что сдвоенные фасонки фитинга изготавливают послойной укладкой углеволокнистого полимерного композиционного материала на элементы составной оправки таким образом, чтобы на каждом элементе составной оправки располагалась одна группа слоев углеволокнистого материала с квазиизотропным направлением армирования [0/45/0/-45], затем соединяют элементы оправки по зонам стыковки углеволокнистого материала, отверждают углеволокнистый материал и удаляют элементы составной оправки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146515A RU2677200C1 (ru) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146515A RU2677200C1 (ru) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677200C1 true RU2677200C1 (ru) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146515A RU2677200C1 (ru) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677200C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196398U1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Фитинг для соединения труб из композиционных материалов |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU364998A1 (ru) * | 1971-05-03 | 1972-12-28 | Ордена Трудового Красного Знаменн Центральный научф исследовательский , проектный институт строительных металлоконструкций | Складной каркас зеркала антенны |
| US4449843A (en) * | 1981-11-30 | 1984-05-22 | Space Structures International Corp. | Octa hub |
| US20140338282A1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | Global Utility Patent Corp. | Modular joist brace bracket |
| US9359817B2 (en) * | 2008-12-30 | 2016-06-07 | Allred & Associates Inc. | Dual-use modular carbon-fiber ladder and bridge |
-
2017
- 2017-12-27 RU RU2017146515A patent/RU2677200C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU364998A1 (ru) * | 1971-05-03 | 1972-12-28 | Ордена Трудового Красного Знаменн Центральный научф исследовательский , проектный институт строительных металлоконструкций | Складной каркас зеркала антенны |
| US4449843A (en) * | 1981-11-30 | 1984-05-22 | Space Structures International Corp. | Octa hub |
| US9359817B2 (en) * | 2008-12-30 | 2016-06-07 | Allred & Associates Inc. | Dual-use modular carbon-fiber ladder and bridge |
| US20140338282A1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | Global Utility Patent Corp. | Modular joist brace bracket |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YuBai, Xiao Yang. Novel Joint for Assembly of All-Composite Space Truss Structures: Conceptual Design and Preliminary Study // Journal of Composites for Construction. Vol. 17, Issuenumber 1. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196398U1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Фитинг для соединения труб из композиционных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2568010C2 (ru) | Лопасть ветряной турбины | |
| US8540833B2 (en) | Reinforced stiffeners and method for making the same | |
| US9120276B2 (en) | Laminated composite bending and stiffening members with reinforcement by inter-laminar metal sheets | |
| RU2636494C2 (ru) | Композитные радиусные заполнители и способы их изготовления | |
| RU2492046C2 (ru) | Способ производства компонента из волокнистого композита для авиационной и космической техники | |
| EP2771171B1 (en) | A method of making a root end joint of a wind turbine blade and a root segment for such a joint | |
| US9187167B2 (en) | Method for joining two fuselage sections by creating a transverse butt joint as well as transverse butt joint connection | |
| RU2602100C2 (ru) | Структура самолета для обеспечения высокой устойчивости к оттягиванию композитного стрингера | |
| CN104703781A (zh) | 具有稳定元件的复合结构 | |
| CN103889692A (zh) | 内部加强的管状复合支杆及其制造方法 | |
| BR112015012036B1 (pt) | Método para unir dois componentes termoplásticos e estrutura termoplástica integrada | |
| CN103538715B (zh) | 一种复合材料π型耳片式接头及其整体共固化成型方法 | |
| JP2014515064A (ja) | 外側で張力を受けてエネルギー吸収効果を有する構造部材 | |
| Kulpa et al. | Stiffness and strength evaluation of a novel FRP sandwich panel for bridge redecking | |
| US20150013819A1 (en) | Tubular Composite Strut Having Internal Stiffening and Method for Making the Same | |
| CN111231442A (zh) | 以拉挤型材为夹芯的大尺寸多轴向复合材料承重板材及制备方法 | |
| CA2693993A1 (en) | Apparatus and method for forming fibre reinforced composite structures | |
| RU2677200C1 (ru) | Узел сочленения стержней пространственной конструкции и способ его изготовления | |
| US20180215461A1 (en) | Strut for the landing gear of an aircraft | |
| CN110524913A (zh) | 一种复合材料发射筒泡沫夹层结构及其一体化成型方法 | |
| CN106864769B (zh) | 使用铰接式芯轴的复合飞机制造工具和方法 | |
| US11560211B2 (en) | Fuselage component for an aircraft, method for producing a fuselage component, and aircraft | |
| Lee et al. | Manufacturing technique and verification for the mechanical fastening section of carbon fiber reinforced anisogrid composite structures | |
| RU2495786C1 (ru) | Стыковочное соединение панелей из полимерного композиционного материала | |
| EP4279754A1 (en) | Joints of composite frames for optics support structure |