Обшивка многослойной конструкции

Полезная модель относится к области авиастроения, судостроения, машиностроения, строительства и других отраслей промышленности, в частности к многослойным конструкциям с ферменным заполнителем в виде стержневых элементов повторяющихся пирамидальных, тетраэдальных и подобных структур, в которых соединение с обшивками выполняют с помощью шипов, и может быть использована в производстве многослойных панелей из различных материалов, таких как металлы, керамика, стекло, полимеры, композиты, полупроводники, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы.
Известен «Способ изготовления ферменного заполнителя», реализуемый в устройстве, включающем обшивки, ферменный заполнитель, состоящий из переплетенных между собой стержней, расположенных между двумя обшивками. Соединение ферменного заполнителя с обшивками осуществляется с применением сборочного приспособления для подачи листового материала (будущая обшивка), туда же введен ферменный заполнитель. Соединение обшивок, с вершинами заполнителя, производят при помощи сварочного устройства, при этом, соединение проводят сваркой по всей ширине панели. На выходе получается готовая силовая трехслойная панель с ферменным заполнителем (патент US №6.644.535 В2, опубл. 11.11.2003, МПК B21D 39/00; B23K 1/20; B23K 31/00; B32B 5/12; B32B 7/00).
Недостатком данного технического решения является технологически сложное, и, вследствие этого, низкое качество соединения ферменного заполнителя с обшивками, за счет применения специализированного сварочного оборудования, а также сложного технологического оборудования для установки обшивок на ферменный заполнитель, причем используемое приспособление для обеспечения жесткости конструкции во время сварки требует определенного внутреннего пространства для размещения и следовательно накладывает ограничение на размеры конструкции. Также вызывает сомнение качество сварочных швов и целостность конструкции при выполнении сварки. Таким образом, подобные конструкции ограничены по размерам, формам, является технологически сложными и дорогостоящими, снижающими функциональные возможности, прочность соединения, и в целом эффективность таких многослойных конструкций.
Наиболее близким по технической сущности взятым в качестве прототипа является изобретение «Способ изготовления многослойной конструкции с ферменным заполнителем» реализующий конструкцию, включающую две обшивки, ферменный заполнитель в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных ячеек, с гранями, выполненными в виде зигзагообразных стержневых элементов. В обшивках имеются пазы под шипы, для точного соединения с ячейками через которые обшивки соединяются с шипами стержневых элементов заполнителя (патент №2568487 от 20.11.2015 Бюл. №32 МПК B32B 7/00, B32B 3/12).
Недостатком данного технического решения является сложность изготовления конструкций больших размеров и произвольной формы из-за больших временных затрат на совмещения шипов стержневых элементов заполнителя с пазами под шипы в обшивках, а в некоторых случаях невозможность их соединения, например, когда ферменная панель имеет значительные кривизну и размеры, что ведет к снижению функциональных возможностей, точности соединения, т.е. к снижению прочности обшивок многослойных конструкций и эффективности в целом.
Решаемая задача полезной модели направлена на упрощение соединения обшивки многослойной конструкции с ферменным заполнителем и расширения функциональных возможностей, повышения точности соединения при изготовлении больших конструкций, а так же конструкций произвольной формы имеющих сложную геометрию путем сокращение времени на совмещение шипов стержневых элементов ферменного заполнителя с пазами обшивки.
Техническим результатом от использования предполагаемой полезной модели является создание простой, эффективной обшивки, за счет расширения ее функциональных возможностей, позволяющих легко выполнять ее соединение с заполнителем многослойных конструкций, имеющих значительные размеры, а также конструкций произвольной формы, имеющих сложную геометрию, путем сокращения времени на совмещение шипов стержневых элементов ферменного заполнителя с пазами в обшивках и повышения их точности соединения.
Технический результат достигается тем, что обшивка многослойной конструкции, соединяемая с заполнителем с помощью шипов, состоит из нескольких элементов - оболочки с отверстиями под соединительные элементы, и введены соединительные элементы в виде шайб, с пазами внутри под шипы заполнителя, при этом шайбы выполнены двухступенчатыми, причем наружная ступень имеет толщину равную оболочке, и контур повторяющий контур отверстия в оболочке и одинаковыми с ним размерами, а внутренняя ступень выполнена с контуром большей величины заданного размера контура наружной ступени, равной величине отверстия в оболочке, с возможностью обеспечения точной установки обшивки по высоте.
Наличие второй ступени шайбы ступенчатой позволяет точно установить обшивки по высоте.
Новизна:
Предполагаемая полезная модель позволяет получить эффективную обшивку многослойной конструкции, которая выполнена из нескольких элементов, а именно: оболочки с отверстиями и соединительных элементов - шайб, с пазами внутри для соединения с шипами заполнителя, при этом ферменный заполнитель, имеющий шипы, соединен с оболочкой через двухступенчатые шайбы, контур наружной ступени которых имеет такие же размеры, как и отверстия в оболочке, а контур внутренней ступени выполнен увеличенным по отношению к заданному размеру наружной ступени, равной величине отверстия в оболочке, позволяющим точно установить обшивки по высоте.
Выполнение обшивки многослойной конструкции, состоящей из оболочки с отверстиями под соединительные элементы, и соединительных элементов в виде шайб с пазами под шипы заполнителя, позволяет упростить соединение конструкции обшивки с заполнителем, имеющим шипы за счет введения промежуточных соединительных элементов в виде шайб, соединяющих шипы заполнителя с оболочкой, что в свою очередь позволяет использовать их в конструкциях, имеющих значительные размеры, а также конструкциях произвольной формы, имеющих сложную геометрию, с сохранением прочностных характеристик, что увеличивает эффективность их применения. Также использование таких конструкций обшивок позволяет уменьшить трудоемкость сборки ферменной панели за счет сокращения времени на совмещение шипов стержневых элементов ферменного заполнителя с пазами в обшивках, что позволяет в целом увеличить эффективность их применения в панелях с ферменным заполнителем.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1 - представлена конструкция обшивки в соединении с заполнителем без использования шайб;
на фиг. 2 - представлена конструкция обшивки в соединении с использованием шайб ступенчатых,
где: 1 - обшивки; 2 - ферменный заполнитель в виде стержневых элементов; 3 - шипы ферменного заполнителя; 4 - пазы в обшивке; 5 - шайба; 6 - оболочка.
Сборка многослойной панели с ферменным заполнителем:
Ферменный заполнитель 2 собирают из стержневых элементов, имеющих в своей конструкции шипы, например, из зигзагообразных (фиг. 1). Далее ферменный заполнитель 2 соединяют с обшивкой 1. Для этого шипы 3, находящиеся на вершинах некоторых стержневых элементов заполнителя 2 вставляют в пазы 4 шайб 5. В свою очередь шайбы 5 соединяют с обшивкой 1, для чего оболочки 6 укладывают таким образом, чтобы наружная ступень шайбы 5 попадала в отверстия оболочки 6, при этом оболочка 6 опирается на поверхность, образованную выступом внутренней ступени шайбы 5. Места контакта заполнителя 2 с шипами 3 и шайб 5 с оболочкой 6 сваривают или склеивают, тем самым повышая прочность соединения заполнителя 2 с обшивками 1.
Таким образом, выполнение обшивок 1, состоящих из ее оболочки 6 с отверстиями под соединительные элементы - шайбы 5 с пазами внутри под шипы заполнителя, причем наружная ступень имеет такие же размеры, как и отверстия в оболочке, и одинаковую толщину с оболочкой, а внутренняя ступень выполнена с контуром большей величины заданного размера контура наружной ступени, равной величине отверстия в оболочке, для обеспечения возможности точной установки обшивки по высоте, а контур отверстий в обшивках повторяет контур наружной ступени шайб 5 с пазами внутри, что позволяет производить простое соединение обшивок 1 с заполнителем 2 ферменных многослойных конструкций, за счет расширения функциональных возможностей путем соединения многослойных конструкций с заполнителями больших размеров и конструкций произвольной формы, имеющих сложную геометрию путем сокращения время на совмещение шипов стержневых элементов ферменного заполнителя с пазами шайб в обшивках и повышения точности их соединения.
По своим технико-экономическим преимуществом, по сравнению с известными аналогами, заявляемая полезная модель позволяет создать эффективную обшивку за счет расширения функциональных возможностей многослойной конструкции с ферменным заполнителем в панелях большого размера или сложной формы, обеспечивающих соединения между собой элементов (обшивок и заполнителя), путем выполнения в обшивках промежуточных соединяющих элементов, шайб, упрощающих соединения вследствии сокращения времени на совмещение шипов стержневых элементов ферменного заполнителя с пазами в шайбах в обшивках и повышающих точность соединения, с сохранением прочностных характеристик, что в свою очередь уменьшает трудоемкость соединения ферменной панели и эффективность в целом.