УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
STRUCTURES CONNECTION ASSEMBLY FROM COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к высоконагруженным конструкциям из полимерных композиционных материалов и может применяться в области авиастроения и космической техники, а также в судостроении и др.
Аналогом изобретения является патент RU 2514747, В29С 70/86, опубл. 27.06.2012. Изобретение относится к композитному элементу жесткости, изготовленному с использованием заготовки из слоистой однонаправленной композитной ленты. Элемент жесткости содержит полость, которую усиливают вставкой, оборачиваемой монтажным клеем. Поверхности заготовок, окружающих полость, содержат слой композитной ткани, которую соединяют со вставкой посредством клеящего слоя и таким образом увеличивают прочность элементов жесткости в районе полости и повышают прочность на отрыв элемента жесткости.
Недостатком известного изобретения является необходимость изготовления новой оснастки для любого иного типоразмера вставки, а также то, что усиливающий элемент (вставку) необходимо изготавливать заранее, что влечет за собой повышенную трудоемкость всего процесса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является узел соединения элементов конструкций из композиционных материалов по патенту SU 1751941, В64С 1/06, опубл. 10.06.1998 - прототип.
Узел соединения элементов конструкций из композиционных материалов содержит усиливающий элемент, состоящий из сердечника и оболочки и имеющий в сечении треугольную форму с плоским основанием и двумя боковыми дугообразными сторонами. Оболочка непрерывна, покрывает сердечник и выполнена из пространственно-армированного материала - тканого, плетеного или вязаного. Усиливающий элемент представляет собой единое целое сердечника и оболочки и расположен между обшивкой панели и слоями стенки ребра в зоне их перехода в лапки. Сердечник усиливающего элемента выполнен из высокомодульных длинномерных волокон, ориентированных вдоль длины усиливающего элемента, либо из пеноматериала, армированного короткорубленым волокном или микросферами.
Недостатками известного узла является необходимость изготовления сложной оснастки для формования сердечника. Для пултрузионных профилей - фильеры, либо высокоточная оснастка для формования вспененной композиции, армированной короткорубленым волокном или микросферами.
Все указанные выше недостатки ведут к высокой себестоимости усиливающего элемента и повышению трудоемкости изготовления конструкции из композиционного материала.
Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление создания конструкции узла соединения из композиционных материалов методом препреговой технологии за счет исключения изготовления дополнительной оснастки для изготовления сердечника, а также увеличение прочности конструкции узла.
Задача решается тем, что:
1. Узел соединения конструкций из композиционных материалов, содержащий усиливающий элемент, состоящий из сердечника и оболочки, выполненной из пространственно-армированного материала, и имеющий треугольную форму с плоским основанием и двумя боковыми дугообразными сторонами, отличающийся тем, что сердечник выполнен в виде заготовки продольного элемента трапециевидного сечения из слоев клеевой пленки, наложенных друг на друга, а пространственно-армированный материал оболочки в зоне основания включает волокна вдоль продольной оси усиливающего элемента.
2. Узел соединения конструкций из композиционных материалов по п. 1, отличающийся тем, что пространственно-армированный материал содержит волокна из стекло-, угле-, арамидных нитей.
3. Узел соединения конструкций из композиционных материалов по п. 1, отличающийся тем, что между слоями клеевой пленки расположены армирующие элементы вдоль продольной оси усиливающего элемента.
4. Узел соединения конструкций из композиционных материалов по п. 3, отличающийся тем, что армирующие элементы выполнены в виде стекло-, угле- или арамидных волокон, жгутов, тканей, лент.
Заготовку сердечника усиливающего элемента выполняли путем наложения слоев или сгибания клеевой пленки ВК-36 в виде продольного элемента трапециевидного сечения. Далее заготовку сердечника заключали в оболочку путем оплетания ее, например, углеродными волокнами Toho Тепах IMS65. При этом в оболочку включали дополнительные волокна в зоне основания в направлении продольной оси усиливающего элемента. Для данной цели применялись волокна Toho Тепах IMS65.
Подготовленную таким образом заготовку усиливающего элемента помещали в полость между боковыми стенками и полкой узла соединения и проводили формование. При нагревании клеевая пленка расплавляется, пропитывает оплетку, усиливающий элемент заполняет всю полость и образует адгезионное соединение оболочки с внутренними поверхностями стенок и полки.
Такая конструкция узла соединения исключает необходимость изготовления оснастки для формования усиливающего элемента. За счет этого достигается снижение себестоимости и трудоемкости узла соединения.
Армирование усиливающего элемента волокнами вдоль продольной оси в зоне основания оболочки снижает концентрацию напряжений в зоне контакта оболочки усиливающего элемента с полкой узла соединения, что повышает изгибную прочность узла соединения конструкций из композиционного материала в целом.
Для повышения жесткости усиливающего элемента и изгибной прочности узла соединения конструкций из композиционного материала в целом между слоями клеевой пленки могут быть расположены армирующие элементы, выполненные из углеродных волокон Toho Тепах IMS65, либо из углеродной ткани 3692 фирмы Porcher.
На фиг. 1 изображено сечение конструкции узла соединения с усиливающим элементом.
На фиг. 2 изображено поперечное сечение усиливающего элемента.
На фиг. 3 изображено сечение усиливающего элемента в виде заготовки.
На фиг. 4 изображено сечение сердечника усиливающего элемента, армированного продольными волокнами.
На фиг. 5 изображено сечение сердечника усиливающего элемента, армированного тканью.
Предлагаемый узел соединения состоит из усиливающего элемента, включающего оболочку 1 и сердечник 2, и располагается между полкой 3 и боковыми стенками 4 конструкции. Усиливающий элемент имеет треугольную форму с плоским основанием 5 с двумя прилегающими дугообразными сторонами 6. Оболочка в составе заготовки усиливающего элемента выполнена из пространственно-армированного материала 7, полученного плетением и содержащего волокна 8 в зоне основания вдоль продольной оси усиливающего элемента. Сердечник 2 усиливающего элемента выполнен из клеевой пленки 9 в виде продольного элемента трапециевидного сечения, который может быть получен либо путем выкладки отдельных слоев пленки 9 друг на друга, либо путем перегиба пленки 9. Между слоями клеевой пленки 9 могут быть расположены армирующие элементы в виде ткани 10 либо жгутов 11.
Технический результат заключается в упрощении и удешевлении создания конструкции узла соединения из композиционных материалов методом препреговой технологии, а также увеличении прочности конструкции узла.