Панели с подкрепленной оболочкой.

Трехслойные панели являются высокоэффективной основной конструкцией не подверженной потере устойчивости, т.к. обладают высокой жесткостью на изгиб и высокой изгибной и сдвиговой прочностью. Однако, в конструкции трехслойной панели заложены ряд ограничений. Одним из основных является ограничение по минимальной толщине панели. Так, наполнитель должен быть толщиной не менее 6 мм (0,25 дюйма) что определяется возможностью его разрезания без повреждения кромок, а толщина обшивки не менее 0,4 мм (0,015 дюйма) для исключения проблем, связанных с адсорбцией влаги. Следовательно, для легко нагруженных панелей (до 138 кг/см² (200 lbs) при сжатии и 275 кг/см² (400 lbs) при сдвиге) более оптимальным решением будет обращение к альтернативным вариантам конструкции. Одим из наиболее распространенных вариантов, из используемых в таких случаях, является панель с подкреплением, часто использумая, например, в топливных отсеках. Так же расчеты показывают, что сотовая панель с толщиной наполнителя более 16 мм (0,63 дюйма), обладает не рационально большой паразитной массой, и в таких случаях использование подкрепленных панелей является более удачным решением.

Панель с продольным (стрингерным) подкреплением состоит из относительно тонкой обшивки и стрингеров различного поперечного сечения (Рис 3.7). Обычно обшивка подкрепленных панелей изготавливается на лентоукладочных машинах и составляется из слоев ±45° к продольной оси панели, и из слоев 90°, в количестве 10-20%, необходимых для восприятия усилий по хорде кессона, и создания необходимой жесткости обшивки. Кроме того, по требованиям живучести, в обшивке необходимы стопперы, ограничивающие распространение трещин.

Стопперами могут служить продольные слои обшивки, сконцентрированные в местах постановки стрингеров. Это могут быть, к примеру, ленты стеклоткани, внедренные между монослоями углепластиковой обшивки.

Полки стрингеров должны иметь подавляющее количество слоев, расположенных вдоль. Однако, для связи этих слоев между собой и создания монолитности материала полок, требуется некоторое количество (10-30%) слоев, расположенных под углами ±45°. Также эти слои необходимы для обеспечения достаточной величины критического напряжения свободных полок. Стенки стрингеров целесообразно армировать под углами ±45° и 10-20% слоев под углом 90°.

Среди покрепляющих элементов существуют L, Z, T, J, H, двутавр и П-образные профили. При этом элементы, имеющие открытй профиль (L, Z, П), наиболее подвержены усталостному нагружению. Под его дейстием в кармане смолы, (который образуется непосредственно под стенкой подкрепляющих элементов в процессе изготовления панели) со временем развиваются микротрещины. Наиболее эффективным считается применение профилей типа H и двутавр, реже Т-образный профиль.

Как и в случае трехслойных панелей, существует две основные технологии производства панелей с продольным подкреплением: с раздельным и однавременнным отверждением. Технология с раздельным отверждением во многом повторяет технологию сборки металлических панелей, когда обшивка и подкрепляющие элемнты изготовляотся отдельно и последующее клеевое, механическое или клее-механическое их соединение.

Усовершенствованная технология предусматривает сборку панели из неотвержденых, предварительно отформованных элементов (обшивки и стрингеров) и последующее её отверждение, в процессе которого и осуществляется соединение обшивки и подкрепляющих элементов.

Рис. 4.3.9. Выкладка подкрепляющего элемента

Рис 4.3.8. Изготовление подкрепляющих элементов методом намотки.

Рис 4.3.9. Схемы формирования стрингеров заодно с панелью:

а,г - -образного; б,д- двутаврового;

в,е – Т-образного.

1,6 - вставки; 2 – дополнительные слои; 3,5 – соответственно, внутренние и внешние слои обшивки панели; 4 – слои пояса стрингера.

4. Соединения элементов конструкции из КМ.

Одной из существенных особенностей изделий из КМ, отличающей их от аналогичных изделий из металлов, является их повышенная чуствительность к концентраторам напряжения, и низкая стойкость к сосредоточенным нагрузкам. Как следствие, одна из основных задач при проектировании соединения элементов конструкции из КМ, является проработка вопроса распределения нагрузки.

Особенности внутреннего строения так же требуют учета при проектировании соединения. Как следствие имеющихся особенностей при проектировании элементов коснструкции из КМ, вопросам соединения следует уделять внимание уже на начальной стадии проектиорвания.

Условно все виды соединений можно подразделить на три класса:

1. сплошные (клеевые, формовочные, сварные);
2. механические (резьбовые, клепанные, шпилечно-болтовые, самозаклинивающиеся, сшивные и игольчатые);
3. комбинированные (клееклепанные, клеесшивные, клееигольчатые, клееболтовые, клеерезьбовые, и другие сочетания механических и клеевых соединений).

4.1. Сплошные соединения