_D.I.jpg/1280px-Zeppelin-Lindau_(Do)_D.I.jpg)
В машиностроении напряженная обшивка — это жесткая конструкция, в которой обшивка или покрытие принимает на себя часть структурной нагрузки, промежуточная между монококом , в котором обшивка принимает на себя всю или большую часть нагрузки, и жестким каркасом, имеющим ненагруженное покрытие. Обычно основной каркас имеет прямоугольную структуру и треугольничается покрытием ; напряженная обшивка имеет локализованные элементы, воспринимающие сжатие (прямоугольный каркас) и распределенные элементы, воспринимающие растяжение (кожа).
Простая каркасная коробка с четырьмя дискретными элементами не является изначально жесткой, так как она будет деформироваться от квадратной формы при относительно легких нагрузках; однако добавление одного или нескольких диагональных элементов, которые воспринимают либо растяжение, либо сжатие, делает ее жесткой, так как коробка не может отклоняться от прямых углов без изменения диагоналей. Иногда диагональные элементы являются гибкими, как проволока, которая используется для обеспечения растяжения, или элементы могут быть жесткими, чтобы противостоять сжатию, как в ферме Уоррена или Пратта ; в любом случае добавление дискретных диагональных элементов приводит к полнокаркасным конструкциям, в которых обшивка вносит очень небольшой вклад или вообще не вносит вклад в структурную жесткость.
В конструкции с напряженной обшивкой обшивка или внешнее покрытие приклеивается или прикрепляется штифтами к раме, добавляя структурной жесткости, выступая в качестве триангулирующего элемента, который противостоит деформации прямоугольной конструкции. [1] Обшивка обеспечивает значительную часть общей структурной жесткости, принимая на себя напряжение сдвига в плоскости; однако обшивка обеспечивает очень малое сопротивление нагрузкам вне плоскости. [2] : 1
Эти типы конструкций также могут называться полумонококами, чтобы отличать их от монококовых конструкций. Существует некоторое совпадение между монококами, полумонококами (напряженная обшивка) и жесткими каркасными конструкциями, в зависимости от доли структурной жесткости, вносимой обшивкой. В монококовой конструкции обшивка принимает на себя все или большую часть напряжения, а конструкция имеет меньше дискретных элементов каркаса, иногда включая только продольные или поперечные элементы. [3] : 175 Напротив, жесткая каркасная конструкция получает только незначительную часть общей жесткости от обшивки, а дискретные элементы каркаса обеспечивают большую часть.
Этот метод строительства с напряженной обшивкой легче, чем конструкция с цельным каркасом, и не такой сложный в проектировании, как цельный монокок.
Уильям Фейрберн задокументировал разработку трубчатых мостов Британия и Конви для железной дороги Честер и Холихед в 1849 году; [4] в нем Фейрберн описывает, как Роберт Стефенсон заручился его помощью для пересмотра первоначальных концепций Стефенсона, которые предполагали направлять железнодорожное движение внутри клепаных стальных труб, поддерживаемых цепями, с круглым или яйцевидным поперечным сечением. [4] : 2 Эксперименты с масштабными моделями привели Фейрберна к предложению вместо этого полой прямоугольной балки с продольными стрингерами сверху и снизу, прочно прикрепленными к структурным покрытиям: «две продольные пластины, разделенные вертикальными пластинами так, чтобы образовывать квадраты, рассчитанные на сопротивление сдавливанию в первом случае, и нижние части [...], также продольные пластины, хорошо соединенные заклепочными соединениями и имеющие значительную толщину, чтобы противостоять растяжению во втором случае». [4] : 16 Это было признано первым примером конструкции напряженной оболочки, также известной как сэндвич или двойной корпус . [5]
Первые самолеты начала 1900-х годов были построены с полными каркасами, состоящими из деревянных или стальных трубчатых элементов каркаса, покрытых лакированной тканью или фанерой, хотя некоторые компании начали разрабатывать монококовые конструкции, которые были построены путем сгибания и ламинирования тонких слоев тюльпанового дерева . [6] : 8 Освальд Шорт запатентовал цельнометаллическое крыло с работающей обшивкой в начале 1920-х годов. [7] : 97 [8] Доктору-инженеру Адольфу Рорбаху приписывают изобретение термина «работающая обшивка» в 1923 году. [7] : 169 К 1940 году листы дюралюминия заменили дерево, и почти все новые конструкции использовали монококовую конструкцию. [6] : 8
Внедрение конструкции с несущей обшивкой привело к повышению скорости и дальности полета самолета за счет снижения сопротивления за счет более гладких поверхностей, устранения внешних распорок и предоставления внутреннего пространства для убирающихся шасси. [9] : 25
Примерами служат почти все современные цельнометаллические самолеты , а также некоторые железнодорожные транспортные средства, автобусы и автодома . London Transport AEC Routemaster включал внутренние панели, приклепанные к рамам, которые принимали на себя большую часть сдвигающей нагрузки конструкции. Автомобильные цельные кузова также являются формой напряженной оболочки, как и некоторые каркасные здания, в которых отсутствуют диагональные связи.
Когда лист фанеры крепится сверху или снизу деревянной балки, мы фактически создаем Т-образную балку с большой массой, удаленную от центра тяжести; таким образом создавая жесткий пол и, в конечном счете, более эффективную глубину конструкции. [...] соединение между элементами, обеспечиваемое клеем и винтами, достаточно, чтобы рассматривать Т-образное сечение как одно полное сечение.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )