ФЕРМЕННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ МНОГОСЛОЙНОЙ ПАНЕЛИ

Изобретение относится к многослойным конструкциям с заполнителями в виде повторяющихся пирамидальных и тетраэдальных структур и может быть использовано 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, применяемых в летательных аппаратах, судостроении, машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Эффективность трехслойных конструкций при различных видах нагружения в значительной степени определяется геометрическими и механическими характеристиками применяемого заполнителя, и естественным является поиск новых конструкций заполнителя.

Известен ферменный заполнитель и способ его изготовления, включающий обшивки, ферменный заполнитель, в виде пирамидальных ячеек, образованный соединением повторяющимися пирамидальными ячейками и двумя обшивками (патент US №6.644.535 B2, опубл. 11.11.2003, МПК B21D 39/00; B23K 1/20; B23K 31/00; B32B 5/12; B32B 7/00).

Недостатком данной панели является сложность конструкции и недостаточная прочность при соединении с обшивками, а также сложность технологического оборудования для установки обшивок на ферменный заполнитель.

Наиболее близким по технической сущности, взятым в качестве прототипа, является изобретение "Многофункциональный сотовый заполнитель и способ его изготовления", включающий две обшивки и повторяющиеся объемные ячейки, выполненные из стержневых элементов. Заполнители могут быть изготовлены из различных материалов (металлов, керамики, стекло, полимеры, композиты, полупроводники) и иметь различные поперечные сечения (квадрат, круг, прямоугольник) (патент US №2011/7963085 B2, опубл. 21.06.2011, МПК 52/782.1,52/652.1,633).

Недостатком данного изобретения является невозможность произвести точное склеивание в местах контакта стержней с обшивками, что снижает качество соединения, а значит, и прочность заполнителя.

Решаемой задачей изобретения является повышение прочности ферменного заполнителя за счет конструктивных особенностей, позволяющих произвести простое и качественное соединение обшивок.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является создание надежного и прочного ферменного заполнителя за счет простого и качественного соединения обшивок.

Технический результат достигается тем, что в ферменном заполнителе многослойной панели, представляющим собой объемную структуру в виде повторяющихся пирамидальных или тетраэдальных ячеек, имеющих общую вершину с каждой из соседней, с ребрами, выполненными из зигзагообразных стержневых элементов, обшивок, на каждой вершине и основании пирамидальных или тетраэдальных ячеек расположены шипы, а на обшивках в ответной части расположены отверстия под размеры и конфигурацию шипов, причем на одних повторяющихся ребрах стержневых элементов пирамидальных и тетраэдальных ячеек шипы выполнены на вершинах и концах, на других - без шипов, на вершинах и на концах, на третьих - шипы выполнены только на концах, на четвертых - шипы выполнены только на вершинах стержней, при этом ребра стержневых элементов расположены и направлены под заданными углами к основанию для обеспечения необходимой жесткости конструкции, а во впадинах зигзагообразных стержневых элементов при вершинах и при основаниях ячеек выполнены прорези для соединения ребер зигзагообразных стержневых элементов в единую конструкцию.

Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи, на которых изображено:

на фиг. 1 представлены зигзагообразные стержневые элементы;

на фиг. 2 - обшивка с отверстиями;

на фиг. 3 - ферменный заполнитель в виде пирамидальных ячеек;

на фиг. 4 - ферменный заполнитель в виде тетраэдальных ячеек;

на фиг. 5 - ферменный заполнитель в виде тетраэдальных ячеек с верхней и нижней обшивками;

на фиг. 6 - ферменный заполнитель в виде пирамидальных ячеек с верхней и нижней обшивками,

где обозначено:1 - зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах и концах; 2 - зигзагообразные стержневые элементы без шипов; 3 - зигзагообразные стержневые элементы с шипами на концах и без шипов на вершинах; 4 - впадины зигзагообразных стержневых элементов при вершинах и при основаниях; 5 - прорези во впадинах при вершинах и при основаниях; 6 - стержневой элемент с шипом на его вершине; 7 - отверстия в обшивках под размеры и конфигурацию шипов.

Производство конструкции ферменного заполнителя

Полотно материала нарезают на четыре вида повторяющихся ребер зигзагообразных стержневых элементов (фиг. 1), которые расположены и направлены под заданными углами, обеспечивающими необходимую жесткость и прочность, когда, в первом случае, нарезают на повторяющиеся зигзагообразные стержневые элементы с шипами на вершинах и концах 1 (фиг. 1), когда нарезают на повторяющиеся зигзагообразные стержневые элементы без шипов 2 (фиг. 1), когда нарезают на повторяющиеся зигзагообразные стержневые элементы без шипов на вершинах и с шипами на концах 3 (фиг. 1), когда нарезают на повторяющиеся зигзагообразные стержневые элементы с шипами на их вершинах 6 (фиг. 1), при этом во впадинах при вершинах и при основаниях зигзагообразных стержневых элементов выполняют прорези 5 (фиг. 1), притом на обшивках выполняют ответные прорези под размеры и конфигурацию шипов 7 (фиг. 2), для точного соединения с ячейками, в единую конструкцию, причем соединив 1, 2, 3 (фиг. 1) стержневые элементы, получают пирамидальные ячейки, соединив 3, 6 (фиг. 1), получают тетраэдальные ячейки заполнителя так, чтобы прорези впадин зигзагообразных стержневых элементов совпали друг с другом, после чего полученные ячейки соединяют обшивками (фиг. 5, 6), для этого шипы, находящиеся на вершинах и концах каждого из стержней, вставляют в ответные отверстия под размеры и конфигурацию шипов, а места их контакта сваривают или склеивают для прочного соединения, повышая прочность и надежность ферменного заполнителя.

По сравнению с известными аналогами, заявляемый ферменный заполнитель, выполненный в виде повторяющихся пирамидальных или тетраэдальных ячеек, имеющих одну общую вершину с каждой из соседней, позволяет обеспечить повышение продольной и поперечной жесткости при снижении ее массы на единицу длины, а также повысить надежность и прочность предложенной конструкции благодаря выполнению на повторяющихся пирамидальных или тетраэдальных ячейках шипов в вершинах и концах и с ответными отверстиями на обшивках под конфигурацию шипов, причем ребра стержневых элементов установлены под заданными углами к их основаниям, обеспечивающими прочность, и прорезей во впадинах при вершинах и основаниях ячеек, для жесткого соединения с ребрами в единую конструкцию, в целом повышая надежность ферменного заполнителя многослойной панели.