Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала
Армированная оболочка представляет собой силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в из полюсных отверстия. Каркас образован комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент с расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями. У полюсного отверстия образован кольцевой выступ с кольцевой впадиной на наружной поверхности. Нити скреплены полимерным связующим. Каркас облицован внутренним защитным покрытием. Толстостенный кольцевой элемент из высокомодульного материала установлен в кольцевой впадине и зафиксирован по наружной поверхности по меньшей мере одним слоем спирально перекрещивающихся лент. Внутренний диаметр кольцевого элемента равен dпол+(2,0-3,0)лен, где dпол - текущий диаметр полюсного отверстия, а
лен - ширина спиральной ленты у полюсного отверстия. Использование изобретения позволит повысить прочность оболочки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к оболочкам из композиционных материалов, в частности к армированным оболочкам для высокого внутреннего давления, используемым в качестве несущих конструкций или узлов, находящихся в условиях кратковременного или длительного воздействия избыточного внутреннего давления.
Одними из наиболее нагруженных частей армированных оболочек являются зоны полюсных отверстий, где в основном происходит разрушение оболочки из-за превышения действующих напряжений, допустимых для армирующего материала. В то же время к армированным оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по прочности, надежности и весовому совершенству при использовании их в качестве несущих конструкций баллонов и емкостей при действии высоких внутренних давлений. Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями с образованием кольцевого выступа у полюсного отверстия, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патент US 3083864, кл. 220/83, 1963; 3047191, 220/83, 1962). В данной армированной оболочке полюсное отверстие сформировано расположенными здесь спиральными лентами, в которых при нагружении внутренним давлением из-за больших кольцевых деформаций у полюсного отверстия растягивающие напряжения превышают предельные раньше, чем во всей оболочке. Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, в которой в зоне полюсных отверстий между слоями расположены кольцевые элементы с внутренним диаметром, равным полюсному отверстию, и скрепленные со слоями оболочки болтовым соединением (US 4053081, кл. 220/3, 1977). В данной оболочке кольцевые элементы перекрывают поверхность слоев с выходом к полюсному отверстию, что приводит к передаче меридиональных усилий через слой связующего, прочность которого гораздо ниже армирующего материала, и через болтовое соединение, что является само по себе достаточно сильным концентратором напряжений и не всегда приемлемо из конструкторских соображений. Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями с образованием кольцевого выступа у полюсного отверстия, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патенты FR 2219899, МПК2 В 65 Н 81/00, 1974; 2251756, МПК2 F 16 J 11/00, 1974), в которых болты фланцевого соединения расположены в слоях композиционного материала у полюсного отверстия. Данным оболочкам присущи недостатки, отмеченные выше (патент US 4053081, кл. 220/3, 1977), а именно необходимость усиления оболочки дополнительными слоями для обеспечения необходимой прочности композиционного материала в зоне расположения болтов. Наиболее близким аналогом технического решения является армированная оболочка по патенту FR 2219899, МПК2 В 65 Н 81/00, 1974, выбранная в качестве прототипа. Основной задачей является создание армированной оболочки из слоистого композиционного материала повышенного качества, в которой были бы устранены вышеуказанные недостатки, оболочка обладала бы повышенной прочностью. Техническим результатом от использования изобретения является повышение несущей способности, весового совершенства и эксплуатационной надежности армированной оболочки при действии внутреннего давления. Основная задача решена и технический результат достигнут за счет снижения кольцевых деформаций оболочки у полюсного отверстия введением толстостенного кольцевого элемента из высокомодульного материала в зоне полюсного отверстия силового каркаса оболочки. Для этого в армированной оболочке для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащей силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями с образованием кольцевого выступа у полюсного отверстия, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, силовой каркас снабжен, по меньшей мере, одним толстостенным кольцевым элементом из высокомодульного материала, установленным в кольцевой впадине наружной поверхности кольцевого выступа днища, с соответственно выполненными их конгруэнтными контактными поверхностями, зафиксированным по наружной поверхности, по меньшей мере, одним слоем из спирально перекрещивающихся лент, причем внутренний диаметр кольцевого элемента равен dпол+(2,0-3,0)![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
Формула изобретения
1. Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями с образованием у полюсного отверстия кольцевого выступа с кольцевой впадиной на наружной поверхности, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, отличающаяся тем, что силовой каркас снабжен, по меньшей мере, одним толстостенным кольцевым элементом из высокомодульного материала, установленным в кольцевой впадине наружной поверхности кольцевого выступа днища, с соответственно выполненными их конгруэнтными контактными поверхностями, зафиксированным по наружной поверхности, по меньшей мере, одним слоем из спирально перекрещивающихся лент, причем внутренний диаметр кольцевого элемента равен dпол+(2,0-3,0)![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3