×
21.03.2020
220.018.0e10

Результат интеллектуальной деятельности: Композитный демпфирующий элемент и способ его изготовления

Вид РИД

Изобретение

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.

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 21-30 of 364 items.
27.02.2013
№216.012.2ca5

Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка

Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка содержит концентраторные фотоэлектрические модули (2), размещенные на механической системе, азимутальный и зенитальный приводы, расположенные в электромеханическом шкафу, и систему ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей (2) на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476956
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2ca6

Солнечная фотоэнергоустановка

Изобретение относится к солнечной фотоэнергетике и может найти применение как в мощных солнечных электростанциях, так и в качестве фотоэлектрической энергоустановки индивидуального пользования. Солнечная фотоэнергоустановка включает прямоугольные концентраторные фотоэлектрические модули (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476957
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2d4a

Композиционный ветеринарный препарат и способ его получения

Группа изобретений относится к области ветеринарии и биотехнологии и предназначена для иммунокоррекции и детоксикации. Способ включает гидромеханическую обработку пористого углеродного материала с последующим высушиванием продукта. Бетулин растворяют в этаноле при массовом соотношении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477125
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2ffc

Роторная печь для пиролиза твердых бытовых отходов

Роторная печь для пиролиза твердых бытовых отходов относится к области утилизации и переработки твердых бытовых, производственных/медицинских и других отходов, их обезвреживания и вторичного использования продуктов переработки. Эта роторная печь содержит полый футерованный цилиндрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477819
Дата охранного документа: 20.03.2013
27.03.2013
№216.012.30c1

Противопригарная термостойкая краска для песчаных и металлических форм (варианты)

Изобретение относится к литейному производству. Противопригарная термостойкая краска содержит наполнитель, бентонит и воду. В качестве наполнителя краска содержит цирконовый и хромитовый порошки при следующем содержании компонентов, мас.%: цирконовый 25-35, хромитовый 40-50, бентонит 2,5-4,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478019
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.03.2013
№216.012.30cf

Алмазный отрезной круг

Изобретение относится к инструментальной промышленности и может быть использовано при изготовлении алмазных отрезных кругов. Круг содержит металлический дисковый корпус с рабочей частью, выполненной из нанесенного на поверхность корпуса алмазоносного материала. Рабочая часть выполнена со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478033
Дата охранного документа: 27.03.2013
10.04.2013
№216.012.34f8

Гребная электрическая установка с устройством включения

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств и электроприводу. Согласно изобретению в гребной электрической установке с устройством включения использован трансформатор малой мощности, который соединен с выпрямителем, который в свою очередь через RL-цепь соединен с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479103
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.35f9

Смазочная шайба для прессования крупногабаритных стальных труб и профилей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных крупногабаритных труб и профилей методом горячего прессования. Между матрицей матричного блока и нагретой заготовкой, загруженной в контейнер, размещают смазочную шайбу. Шайба...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479370
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.35fb

Контейнер пресса для изготовления крупногабаритных труб и профилей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных труб и профилей методом горячего прессования. Контейнер пресса содержит соосно расположенные и собранные с натягом внешнюю, средние и внутреннюю втулки. Для индукционного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479372
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.37db

Способ дальнего определения нефтяного загрязнения морской поверхности с помощью свч-радиолокатора

Способ дальнего определения нефтяного загрязнения морской поверхности с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ)-радиолокатора берегового и морского базирования относится к радиолокации и может быть использован для решения задач экологического контроля и раннего предупреждения о развитии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479852
Дата охранного документа: 20.04.2013
Showing 21-30 of 107 items.
27.05.2015
№216.013.4dd4

Способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления

Изобретение может быть использовано при производстве сосудов высокого давления из композиционных материалов, предназначенных для помещения или хранения газов в сжатом, сжиженном или твердом состоянии. Способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления, включающий: изготовление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551442
Дата охранного документа: 27.05.2015
27.05.2015
№216.013.4de5

Многослойный сильфон

Сильфон предназначен для компенсации больших осевых и угловых перемещений. Сильфон содержит концевые цилиндрические участки и гофрированный средний участок с герметичным внутренним слоем и силовыми наружными слоями в виде сетки, при этом герметичный внутренний слой выполнен в виде отдельной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551459
Дата охранного документа: 27.05.2015
27.05.2015
№216.013.4ded

Каркас поворотного сопла из композиционных материалов, способ его изготовления и выкладочно-прессовочная оснастка для осуществления способа

Каркас поворотного сопла из композиционных материалов представляет собой шпангоут с элементами крепления навесных функциональных изделий и встраивания его в состав поворотного сопла и имеет опоры механизмов поворота сопла. Шпангоут выполнен в виде кольца швеллерного профиля поперечного сечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551467
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.06.2015
№216.013.500e

Неразъёмное соединение рукавов высокого давления

Изобретение относится к машиностроению для производства армированных гибких трубопроводов высокого давления специального назначения ограниченных размеров. Гибкий трубопровод содержит герметизирующий слой с заделанными в него металлическими законцовками и силовой армирующий слой на эластомерном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552015
Дата охранного документа: 10.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a76

Металлопластиковый баллон высокого давления

Баллон предназначен для помещения или хранения газов в сжатом, сжиженном или твердом состоянии. Баллон содержит металлический лейнер, имеющий нижнее и верхнее днища, внешнюю упрочняющую армирующую оболочку из ленточного композиционного материала, пропитанного связующим. Лейнер выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554699
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.08.2015
№216.013.6ddc

Резинокордный элемент

Изобретение относится к упругим элементам гидравлических, пневматических и гидропневматических систем различного назначения, в частности может быть использовано как компенсатор осевых и радиальных перемещений в напорных трубопроводах высокого давления. Резинокордный элемент содержит внутренний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559682
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.08.2015
№216.013.720e

Оболочка из композиционных материалов

Изобретение относится к области машиностроения для использования в конструкциях авиационной, ракетной и космической техники и касается оболочки из композиционных материалов. Между двумя обечайками оболочки расположены части слоя пенопласта, разделенные ребрами. В локальной зоне расположен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560768
Дата охранного документа: 20.08.2015
10.09.2015
№216.013.767a

Способ получения литий-ионного проводящего материала

Изобретение относится к способам получения основного материала литий-ионных проводников. Предложен способ получения литий-ионного проводящего материала состава LiLaHfO, включающий постадийную термообработку с промежуточной перешихтовкой, отличающийся тем, что раствор сульфата гафния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561919
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.10.2015
№216.013.8072

Корпус для высокого давления из композиционных материалов

Изобретение относится к корпусам для высокого давления из композиционных материалов, используемых, в частности, в двигательных установках, а также может быть использовано во всех конструкциях машиностроительных и химических отраслей с корпусами для газовых и жидких сред. Корпус для высокого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564479
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.8074

Корпус для высокого давления из композиционных материалов

Изобретение относится к корпусам для высокого давления из композиционных материалов, используемых, в частности, в двигательных установках, а также может быть использовано во всех конструкциях машиностроительной и химических отраслей, где используются корпусы для газовых и жидких сред. Корпус...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564481
Дата охранного документа: 10.10.2015
+ добавить свой РИД