×
21.03.2020
220.018.0e10

Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к защитным демпфирующим конструкциям из полимерных композитных материалов и способам их изготовления и может быть использовано в транспортных средствах, в индивидуальных средствах защиты, в различных взрывозащитных устройствах, в емкостях для транспортирования особо опасных грузов и в дорожных ограждениях. Конструкция демпфирующего элемента состоит из тонкостенной гофрированной оболочки, выполненной из стеклянных или органических волокон, впадины которой с одной или с обеих из сторон заполнены вспененным полимером низкой плотности. Согласно способу изготовления предварительно на оправку в виде тела вращения или иной выпуклой формы укладывают специальный формообразующий слой-подложку из антиадгезионного материала, имеющий аналогичный гофрированный профиль, и по ребрам профиля наматывают комплексную ленту, сформированную из армирующих нитей поперечного (кольцевого) направления, укладываемых во впадины профиля, и нитей продольного (осевого) направления в виде замкнутых зигзагообразных петель вокруг поперечных нитей, укладываемых на выступающие ребра профиля. При этом с помощью специального приспособления формируется длина замкнутых петель, обеспечивающая плотный охват продольными нитями всего контура ребер и получение монолитного композитного материала. Далее производят заполнение впадин между ребрами вспенивающимся полимерным материалом - пенополиуретаном с внешней стороны гофрированной оболочки и, после извлечения формообразующего слоя-подложки, с внутренней стороны. Изобретение обеспечивает повышение удельных демпфирующих характеристик более чем в 2 раза по сравнению с существующими конструкциями демпфирующих конструкций на основе пенополиуретановых заполнителей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к получению конструкций демпфирующих элементов из полимерных композитных материалов, предназначенных для защиты техники и людей от разного рода однократных ударных воздействий высокой интенсивности, и может быть использовано в транспортных средствах, в индивидуальных средствах защиты, в различных взрывозащитных устройствах, в емкостях (таре) для транспортирования особо опасных грузов и в дорожных ограждениях.

Широко известны способы применения в качестве демпфирующих прослоек различных легких пористых материалов на основе вспененных полимеров в частности пенополиуретанов (например, патент №RU 98120340 А, МПК F41H 1/02 опубликован 27.08.2000 г.).

Недостатком подобных материалов является низкий уровень энергопоглощения.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является трехслойная корпусная конструкция (патент №RU 2211147 С1, МПК В32В 3/12; В32В 5/14; В32В 5/18; В32В 7/02; В32В 7/04; В32В 15/04; В32В 15/08; В32В 17/06, опубликован 27.08.2003 г.), состоящая из двух несущих слоев, между которыми расположены металлические и стеклопластиковые гофровые элементы, заполненные пористым заполнителем. Однако, данная конструкция предназначена для восприятия силовых нагрузок и не используется для защиты объекта от ударного воздействия высокой интенсивности. К недостаткам этой конструкции следует отнести низкую технологичность изготовления, связанную со склейкой каждой вершины гофра с несущими слоями, а также с возможностью изготовления гофр только прямолинейной формы и только определенного типоразмера.

Известен способ изготовления полимерных композитных оболочек, выбранный в качестве прототипа, методом косослойной продольно-поперечной намотки (КППН) армирующего материала на оправку, при котором в продольном направлении нити уложены зигзагом, а вершины каждой петли зигзага зафиксированы поперечным армирующим материалом, образуя комплексную ленту, в которой длина замкнутой петли равна удвоенной ширине ленты, укладываемой на ровную поверхность оправки с прямолинейной образующей без формообразующего слоя (Андреев Г.Я., Шершуков Г.Е., Шевченко В.Я., Дардык Я.И. "Изготовление стеклопластиковых труб", Харьков: Издательство ХГУ, 1964 г., 62 с.).

Недостатком известного способа является ограниченность его применения для намотки сложнопрофильных гофрированных тонкостенных оболочек типа «волна» из-за неплотного (зависающего) охвата продольными нитями всего контура выступающих ребер и, соответственно, невозможность достижения необходимой монолитности композитного материала и высоты профиля гофрированной оболочки.

Задачей предлагаемых изобретений является обеспечение эффективной защиты техники и людей от различного рода однократных ударных воздействий высокой интенсивности за счет повышения удельной энергоемкости (на единицу массы) новых конструктивных элементов по сравнению с традиционными демпфирующими материалами (например, пенополиуретанами).

Для достижения поставленной цели предлагается слоистый композитный демпфирующий элемент, содержащий гофрированную тонкостенную оболочку, впадины которой с одной из сторон (или с обеих) заполнены вспененным полимером низкой плотности (например, пенополиуретаном с плотностью порядка 0,1 г/см3) и способ изготовления гофрированной оболочки методом непрерывной намотки комплексной ленты, составленной из высокопрочных продольных и поперечных нитей (жгутов), на оправку со специальным формообразующим слоем-подложкой.

Отличительными признаками конструкции нового демпфирующего элемента являются выполнение композитной гофрированной оболочки переплетением продольных и поперечных нитей (жгутов), пропитанных полимерным связующим, и образующих вертикально ориентированный по отношению к развернутой плоскости оболочки профиль заданной высоты и толщины и заполнение впадин между ребрами с одной или двух сторон вспененным полимерным материалом. На внешнюю (или внутреннюю, или на обе) поверхности может быть нанесен слой пластика или иного материала, выполняющий роль конструкционного или бронезащитного материала.

Отличительными признаками способа намотки являются:

- применение специального ребристого формообразующего слоя-подложки из антиадгезионного эластичного материала, направление ребер которого ориентировано по винтовой замкнутой линии вокруг оправки с шагом, равным шагу ребер, а расположение контурной поверхности эквидистантно наружному контуру гофрированной оболочки для обеспечения ее толщины;

- намотка гофрированной оболочки комплексной лентой, состоящей из армирующих нитей (жгутов) поперечного (кольцевого) направления и нитей продольного (осевого) направления в виде замкнутых зигзагообразных петель вокруг поперечных нитей таким образом, что последние укладываются в основание профиля, а петли укладываются по высоте профиля, формируя его боковые стенки, полку и основание, причем, длина замкнутой петли равна удвоенной суммарной длине контура ребра для обеспечения его полного охвата, а ширина комплексной ленты равна шагу ребер формообразующего слоя-подложки (или шагу винтовой линии).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена конструкция композитного демпфирующего элемента; на фиг. 2 - специальная оправка с формообразующим слоем-подложкой; на фиг. 3 - схема способа намотки комплексной лентой; на фиг. 4 - графики зависимости «давление-деформация» для пенополиуретана различной плотности и демпфирующего элемента.

Композитный демпфирующий элемент содержит тонкостенную гофрированную оболочку (1), впадины которой с одной (а) или с обеих (б) сторон заполнены вспененным полимерным материалом (2), и конструкционный композитный слой пластика (3).

Для изготовления композитного демпфирующего элемента на металлическую оправку (4) в виде тела вращения или иной выпуклой криволинейной формы устанавливают специальный формообразующий слой-подложку (5) из эластичного антиадгезионного материала, имеющий гофрированный профиль, ребра (6) которого ориентированы в направлении вращения оправки по винтовой линии, шаг которой равен шагу самих ребер формообразующего слоя и закрепляют болтами (7).

На нитетракте намоточного станка формируют комплексную ленту, состоящую из жгутов или нитей поперечной (кольцевой) ориентации (8) в направлении вращения оправки и наматываемых вокруг них с помощью вертлюга (9), и специального приспособления с направляющими стержнями (10), нитей продольной (осевой) ориентации (11) в виде замкнутых ромбообразных петель (12). При этом развернутая длина образуемых на направляющих стержнях петель в два раза больше длины выступающего контура L отдельного ребра, а ширина ленты Н равна шагу между ребрами или шагу винтовой линии, по которой ориентированы ребра (6).

При вращении оправки (4) во впадины между соседними ребрами (6) формообразующего слоя-подложки (5) укладываются пропитанные на нитетракте станка полимерным связующим кольцевые нити или жгуты (8), формируя поперечную (кольцевую) составляющую основания волнообразного профиля. Одновременно с этим при вращении вертлюга (9) на стержнях (10) образуются в виде зигзагов ромбообразные петли (12) из продольных нитей (11) и укладываются вдоль оси оправки на выступающее ребро (6), плотно огибая его и образуя боковые стенки, полку и продольную (осевую) составляющую основания гофрированного профиля. Благодаря тому, что ребра и впадины между ними имеют винтовую ориентацию в направлении вращения оправки, процесс укладки комплексной ленты осуществляется непрерывно по всей ширине формообразующего слоя от первого ребра к последнему ребру, что является необходимым требованием для метода непрерывной намотки длинномерным материалом. При этом заданная толщина h и, соответственно, плотность гофрированного профиля демпфирующего элемента определяются количеством продольно уложенных нитей (11), которое зависит от согласованных между собою скоростей вращения оправки (4) и вертлюга (9).

Для получения монолитного композита по всему контуру ребра, сформированному из непропитанных (сухих) продольных нитей с вертлюга, производят их дополнительную подпитку полимерным связующим.

После намотки гофрированной заготовки производят заполнение, например, методом напыления, впадин между ребрами легким вспенивающимся полимерным материалом, например, пенополиуретаном, обладающим хорошей адгезионной способностью к намотанному полуфабрикату, и далее - термическую обработку заготовки до полного отверждения всех компонентов и последующую механическую обработку поверхности демпфирующего элемента до необходимых размеров. Затем производят свободное удаление с внутренней стороны гофрированной оболочки формообразующего слоя-подложки, выполненного из антиадгезионного по отношению к полимерным связующим материалам.

Для придания интегральной целостности и обеспечения взаимодействия композитного демпфирующего элемента со смежными конструкциями на него устанавливают с одной или с двух сторон конструкционный слой (или несколько слоев) полимерного пластика (3).

Функционирование предлагаемого демпфирующего элемента заключается в следующем: при действии на внешнюю поверхность демпфирующего элемента первоначально происходит упругое деформирование гофрированной оболочки, заполненной вспененным полимером, на второй стадии происходит разрушение гофрированной оболочки, которая характеризуется квазитекучим поведением материала демпфирующего элемента. На третьем этапе происходит уплотнение («пересжатие») структуры демпфирующего элемента, все имеющиеся поры и свободные промежутки схлопываются, и элементы начинают вести себя как сплошное твердое тело с относительно большим модулем упругости.

Эффективность демпфирующих характеристик элемента можно оценить величиной площади под кривой «нагрузка-деформация» на I и II-й стадиях деформирования, которая характеризует необратимо рассеяную энергию.

На фиг. 4 приведены графики зависимости «давление - деформация» для пенополиуретанов двух различных плотностей (0,18 г/см3 и 0,27 г/см3) и демпфирующего элемента с общей толщиной 8,5 мм, состоящего из стеклопластиковой гофрированной оболочки толщиной ~0,5 мм, впадины которой с одной стороны заполнены пенополиуретаном плотностью 0,1 г/см3. Как видно из графиков, площадь под кривой «давление - деформация» на первых двух стадиях деформирования демпфирующего элемента гораздо больше, чем у рассмотренных пенополиуретанов, и гораздо больше (более чем в 2 раза), чем у полиуретана с плотностью, соответствующей плотности структуры пакета демпфирующего элемента. Таким образом, удельные (на единицу массы) демпфирующие характеристики демпфирующего элемента более чем в 2 раза превосходят удельные демпфирующие характеристики пенополиуретана.

Предлагаемый композитный демпфирующий элемент позволяет обеспечить:

- снижение уровня контузионной травмы в индивидуальных средствах защиты (бронежилетах, касках, специальной обуви саперов, противоударных жилетах и т.д.);

- снижение уровня ударных перегрузок в аварийных ситуациях на транспорте, при использовании в бамперах, буферах, дорожных отбойниках, опорах сидений и кресел в транспортных средствах;

- увеличение уровня стойкости различных взрывных камер за счет увеличения уровня диссипации энергии на внутреннем демпферном устройстве;

- повышение уровня стойкости космических аппаратов к воздействию метеоритов;

- повышение уровня стойкости различных бронезащитных преград и сооружений, бронированной техники к стрелковому, осколочному и фугасному воздействию;

- повышение уровня стойкости техники к ударному воздействию твердых частиц и тел (града, птиц, оторвавшихся лопаток компрессора, крупных частиц грунта, обрывков разрушившихся колес и т.д.);

- повышение уровня защищенности специальной тары и емкостей для перевозки особо опасных грузов.


Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления
Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления
Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления
Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления
Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 364 items.
10.01.2013
№216.012.17ac

Катализатор для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Изобретение относится к катализатору для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Описан катализатор для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена - СВМПЭ при повышенных температурах полимеризации (≥80°C) в среде углеводородного разбавителя, например гептан, гексан, изопентан,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471552
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.190e

Способ получения хлопчатобумажной ткани технического назначения с комплексом защитных свойств от кислот и нефтепродуктов

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к отделке хлопчатобумажных текстильных материалов с комплексом защитных свойств от кислот и нефтепродуктов. Способ получения хлопчатобумажной ткани технического назначения включает расшлихтовку, отварку, беление, крашение активными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471906
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1bc8

Координатный стол

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к высокоточным координатным устройствам на линейных электродвигателях. Координатный стол содержит модули продольного и поперечного перемещения. Каждый из них выполнен в виде основания с направляющими, каретки, размещенной на направляющих,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472606
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1bce

Стенд для контроля точности контурных перемещений промышленного робота

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проверки параметров контурного движения роботов, таких как точность, повторяемость, вибрация. Стенд для контроля точности контурных перемещений промышленного робота, содержащего манипулятор 1 с закрепленным на фланце 6...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472612
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.01.2013
№216.012.1ca8

Эпоксиполиэфирная лакокрасочная композиция

Изобретение предназначается для нанесения на рулонный металл в качестве лакокрасочного материала. Эпоксиполиэфирная лакокрасочная композиция содержит (мас.%.): эпоксидную диановую смолу с эпоксидным эквивалентным весом 1550-4000 г/экв. 18,0-40,0, полиэфирную смолу на основе продукта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472830
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.1e17

Способ сбора штормовых выбросов морских водорослей

Изобретение относится к промышленному сбору штормовых выбросов морских водорослей и может быть использовано для прибрежного промысла и в прибойной полосе. Способ сбора штормовых выбросов морских водорослей включает переход мореходного средства на место сбора выбросов, подбор водорослей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473204
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.20e2

Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. для исследования прочности конструкций с помощью одиночных тензорезисторов без применения компенсационных тензорезисторов. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473919
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.214b

Устройство для защиты емкостного накопителя энергии

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. Технический результат заключается в повышении надежности устройства путем уменьшения вероятности взрыва конденсаторов в динамическом режиме работы устройства. Устройство содержит зарядное устройство, n параллельно соединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474024
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.230b

Катализатор, способ его приготовления и способ получения β-пиколина

Изобретение относится к катализаторам получения β-пиколина конденсацией акролеина с аммиаком и способам их получения с целью повышения выхода β-пиколина, применяемого в производстве никотиновой кислоты и никотинамида, являющихся составными частями жизненно важных витамина РР и витаминов группы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474473
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.230c

Катализатор, способ его приготовления и способ получения малосернистого дизельного топлива

Изобретение относится к катализаторам гидроочистки дизельного топлива, способам приготовления таких катализаторов и способам получения малосернистого дизельного топлива. Описан катализатор, содержащий соединение [Со(СНО)][МоО(СНО)] в количестве 30-45 мас.%, диоксид титана 0,8-6,0 мас.%, AlO -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474474
Дата охранного документа: 10.02.2013
Showing 1-10 of 107 items.
27.01.2013
№216.012.1f8b

Эпоксидное связующее для композиционных материалов

Изобретение относится к эпоксидным связующим для изделий из композиционных материалов, изготовляемых преимущественно методом "мокрой" (нитяной, жгутовой) намотки. Эпоксидное связующее для композиционных материалов содержит триглицидиловое производное пара-аминофенола, разбавитель -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473576
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.27ba

Пусковая труба ракетной пусковой установки

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления контейнеров и пусковых труб для запуска ракет. Пусковая труба ракетной пусковой установки содержит силовую оболочку, стакан из эластомера с наружным диском, обжатым хомутом с канавкой. Хомут содержит две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475690
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.05.2013
№216.012.3d36

Способ изготовления криволинейной спицы сетчатой структуры из композиционных материалов и криволинейная спица сетчатой структуры из композиционных материалов

Группа изобретений относится к авиакосмической промышленности и может быть использована для создания каркасов рефлекторов, стрел манипуляторов и т.д. Согласно способу изготовления криволинейной спицы на жесткую криволинейную оправку наносят разделительный слой из легкоизвлекаемого материала,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481237
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.09.2013
№216.012.6721

Способ изготовления корпуса транспортно-пускового контейнера из композиционных материалов (варианты)

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к способам изготовления корпусов транснортно-пусковых контейнеров трубчатой конструкции из композиционных материалов на основе волокнистых армирующих материалов и полимерных связующих. Способ включает намотку внутреннего силового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492048
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.11.2013
№216.012.85ff

Влагозащитный контейнер из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к оболочкам из полимерных композиционных материалов для хранения боеприпасов. Контейнер включает в себя цилиндрический корпус и торцовые крышки, которые выполнены из внутренней и наружной тонкостенных стеклопластиковых оболочек, изготовленных способом тканевой намотки, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499981
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.01.2014
№216.012.9c36

Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов

При изготовлении корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов наматывают силовую оболочку в виде кокона спирально-кольцевой намоткой из жгутов арамидных волокон, а перед задним удаляемым днищем на цилиндрической части нарезают резьбу для соединения с сопловым блоком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505696
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f4c

Неразъемное соединение

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях трубопроводов с использованием труб из композиционных материалов, в частности, стеклопластиковых. Неразъемное соединение содержит трубу из композиционных материалов и металлическую стыковочную деталь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506488
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.02.2014
№216.012.9fa3

Способ теплового контроля надежности конструкций из полимерных композиционных материалов по анализу внутренних напряжений и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежностей конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию обусловленных им изменений. До приложения нагрузок измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506575
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a31a

Многослойный корпус транспортно-пускового контейнера из композиционных материалов (варианты)

Группа изобретений относится к ракетной технике. Корпус снабжен профильным силовым слоем (5), который расположен между его наружным (3) и внутренним (4) силовыми слоями и скреплен с ними. Профильный силовой слой выполнен в виде набора состыкованных и скрепленных между собой продольных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507469
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.03.2014
№216.012.ab9e

Способ изготовления секций несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов, оправка для осуществления способа изготовления секций несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов, форма для заливки антиадгезионного эластичного материала разделительного слоя оправки для осуществления способа изготовления секций несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов и секция несущей решетки реверсера тяги самолета из полимерных композиционных материалов

Группа изобретений относится к области авиационного машиностроения и могут быть использованы для разработки и производства элементов газотурбинного двигателя самолета. Технической задачей, на решение которой направлены изобретения, является создание высокотехнологичной конструкции секций...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509649
Дата охранного документа: 20.03.2014
+ добавить свой РИД