UA118753C2 - Пористі структури з повторюваною формою подовжених отворів - Google Patents

Пористі структури з повторюваною формою подовжених отворів Download PDF

Info

Publication number
UA118753C2
UA118753C2 UAA201509462A UAA201509462A UA118753C2 UA 118753 C2 UA118753 C2 UA 118753C2 UA A201509462 A UAA201509462 A UA A201509462A UA A201509462 A UAA201509462 A UA A201509462A UA 118753 C2 UA118753 C2 UA 118753C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
elongated holes
elongated
holes
rigid
porous structure
Prior art date
Application number
UAA201509462A
Other languages
English (en)
Inventor
Катя Бертолді
Майкл Тейлор
Алі Шенян
Міклош Ґерендаш
Карл КАРСОН
Original Assignee
Презідент Енд Феллоуз Оф Гарвард Колледж
Роллз-Ройс Канада, Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Презідент Енд Феллоуз Оф Гарвард Колледж, Роллз-Ройс Канада, Лтд. filed Critical Презідент Енд Феллоуз Оф Гарвард Колледж
Publication of UA118753C2 publication Critical patent/UA118753C2/uk

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002Wall structures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/08Removing material, e.g. by cutting, by hole drilling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/06Arrangement of apertures along the flame tube
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004Special materials for walls or lining
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00005Preventing fatigue failures or reducing mechanical stress in gas turbine components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24273Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including aperture
    • Y10T428/24298Noncircular aperture [e.g., slit, diamond, rectangular, etc.]
    • Y10T428/24314Slit or elongated

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Abstract

В описі розкрито пористі структури, системи і пристрої з пористими структурами і спосіб виготовлення пористих структур. Описана пориста структура з повторюваним візерунком подовжених отворів, призначена для забезпечення поведінки негативного Пуассонового коефіцієнта при навантаженні макроскопічним стисненням і розтягуванням. Візерунок може включати горизонтальні і вертикальні отвори еліптичної форми, які розташовані на горизонтальних і вертикальних лініях таким чином, що лінії розташовано з однаковими проміжками в обох напрямках. Центри кожного отвору знаходяться на точці перетину двох ліній. Вертикальні і горизонтальні отвори еліптичної форми чергуються на вертикальних і горизонтальних лініях, так що будь-який вертикальний отвір, оточений горизонтальними отворами вздовж ліній (і навпаки), а наступні вертикальні отвори знаходяться на обох діагоналях. Пори також можуть діяти як охолоджувальні та/або демпфірувальні отвори, а також, через їх розташування, забезпечувати зниження напруги.

Description

Галузь техніки
Опис винаходу стосується пористих структур і коміркових твердих тіл. Більш конкретно, опис стосується матеріалів, які мають повторювану форму отворів, що призводить до незвичайних механічних властивостей, таких як негативний Пуасонів коефіцієнт, а також систем, способу та пристроїв, де застосовують такі матеріали.
Рівень техніки
Під час стискання матеріалів уздовж певної осі, найбільш часто можна спостерегати розширення в напрямках, ортогональних прикладеному навантаженню. Властивість, що характеризує таку поведінку, описується Пуасоновим коефіцієнтом, який може бути визначений як відношення між негативною поперечною і поздовжньою деформаціями. Більшість матеріалів характеризуються позитивним Пуасоновим коефіцієнтом, який дорівнює приблизно 0,5 для гуми та 0,3 для скла і сталі. Матеріали з негативним Пуасоновим коефіцієнтом будуть скорочуватися (або розширятися) в поперечному напрямку при стисненні (або розтягуванні), і, хоча вони в принципі можуть існувати, але практичні приклади таких матеріалів з'явилися відносно недавно.
Матеріали, що виявляють негативний Пуасонів коефіцієнт, досить часто називають "ауксетиками". Результати багатьох досліджень показують, що поведінка ауксетика залежить від взаємодії між мікроструктурою матеріалу і його деформацією. Було виявлено, що метали з кубічною кристалічною решіткою, природні шаруваті керамічні матеріали, сегнетоелектричні полікристалічні керамічні матеріали і цеолити можуть виявляти негативний Пуасонів коефіцієнт.
Крім того, декілька форм та механізмів було запропоновано для досягнення негативних величин
Пуасонова коефіцієнта, включно з піноматеріалами зі зворотними структурами, ієрархічними ламінатами, полімерними і металічними піноматеріалами. Ефекти при негативному
Пуасоновому коефіцієнті було продемонстровано в мікрометричному масштабі, використовуючи комплексні матеріали, які було виготовлено з використанням легкої літографії, та наномасштабі для листових збірок вуглецевих нанотрубок.
Значною проблемою при виготовленні матеріалів з ауксетичними властивостями є те, що вони, як правило, мають вкладені структури з складними формами всередині приймаючої матриці. Сам виробничий процес є проблемним в практичному застосуванні. Структура, яка формує основу багатьох ауксетичних матеріалів, є комірковим твердим тілом, а дослідження
Зо деформування цих матеріалів досить розвиненою галузю з основним акцентом на роль деформації згину, на властивість нести навантаження і на поглинання енергії при стисненні.
Зовсім недавно, результати комбінованих експериментальних та чисельних досліджень показали, що механічні нестійкості в двлмірних періодичних пористих структурах можуть викликати суттєві перетворення початкової форми. Зокрема, було виявлено, що одновісне навантаження квадратного масиву круглих отворів в еластомірній матриці приводить до структури зі змінними взаємно ортогональними еліпсами, хоча матриця знаходиться під навантаженням. Це пов'язано з пружною нестабільностю вище критичної величини прикладеного розтягнення. Перебудова форми, яка спостерігається при нестійкості, є і оборотною і повторюваною, і це відбувається у вузькому діапазоні прикладеного навантаження.
Крім того, було показано, що структурне перетворення призводить до однонаправленої поведінки негативного Пуасонового коефіцієнта для двомірної структури, тобто це відбувається тільки при стисненні.
В патенті США Ме5 233 828 ("Патент 828"), Філіп Д.Наполі(Рпйір О.Мароїї), наведено приклад сконструйованого структурного елемента (футера камери згоряння), який застосовують в умовах високих температур. Футери камери згоряння зазвичай використовують в секції газової турбіни. Вони можуть бути також використані в частині вихлопної труби або в інших частинах або компонентах газової турбіни, таких як лопатки турбіни. В процесі роботи в камері згоряння газ спалюють при дуже високих температурах, приблизно 1 6492 (3 0002 ЕР) або вище. Щоб запобігти пошкодженню камери згоряння від високого термічного навантаження перед виходом в турбіну, в камері згоряння встановлюють футери для ізоляції від очуючого двигуна. Щоб мінімізувати перепади температури і тиску вздовж футера камери згоряння зазвичай виконують охолоджувальні щілини, як показано в патенті 828. В патенті 828 показано частину кільцевого футера камери згоряння, що має розташовані з проміжком один від одного отвори для охолодження, які утворюють безперервну структуру, розміщену під кутом крізь стінку футера.
Інший приклад, в патенті США Мо 8 066 482 В2, Джеймс Пейдж Строл та ін.(датев Раде 5ігопі єї а!) показано конструктивний структурний елемент, який має сформовані охолоджувальні отвори для поліпшення охолодження бажаної зони газової турбіни і зменшення рівнів напруження навколо охолоджувальних отворів. В патенті Мо ЕРО971172А1, доктор Джекоб
Келлер(Ог.дакобр Кеїїег), аналогічно показано приклад перфорованого футера, який бо застосовують в зоні горіння газової турбіни. У ще одному прикладі (публікація заявки на патент
США Мо 2010/0009120 А, Мері К., Боіїсе та ін. (Магу С., Воусе еї а), показано ряд перетворюваних періодичних структур, які мають еластомерні або еластопластічні періодичні тверді тіла, що забезпечують перетворення в структурній конфігурації під час прикладення критичного макроскопічного стиснення або розтягнення. Всі вище зазначені патентні документи включено тут як посилання у відповідності з метою винаходу.
Суть винаходу
Опис винаходу стосується пористих структур з повторюваними формами подовжених отворів, які забезпечують поведінку негативного Пуасонового коефіцієнта (також відомі як "ауксетичні матеріали"). З формами стягнутих пор, які знайдено в зразках гуми при зовнішньому навантаженні, додаткові аспекти стосуються матеріалів з пустотілими формами, які створено без навантаження, для досягнення поведінки негативного Пуасонового коефіцієнта в матеріалі без руйнування матеріалу при виробництві. Інші аспекти цього винаходу стосуються багатофункціональних повітряних проходів в гарячій частині газової турбіни. Додаткові аспекти стосуються камер згоряння газових турбін, що виготовлено зі стінками з матеріалу з особливою пористою структурою, що забезпечує функції термостійкості і/або послаблення шуму. Такі функції включають, наприклад, акустичне послаблення (або зменшення шуму), зниження напруги (або послаблення навантаження) і поглинання тепла (або послаблення теплового навантаження).
Однією з ознак цього винаходу є описана пориста структура. Ця пориста структура має жорстке або напівжорстке тіло з першою множиною перших подовжених отворів і другою множиною других подовжених отворів. Кожен з подовжених отворів має велику вісь і малу вісь.
Великі осі перших подовжених отворів перпендикулярні великим осям других подовжених отворів. Перша і друга множини подовжених отворів розташовано в матриці з рядків і стовпців.
Кожен з рядів і кожен з стовпців чергуються між першими і другими подовженими отворами.
Тобто, кожен рядок і кожен стовпець може містити 100 отворів - 50 вертикально орієнтованих отворів, які перемежовуються з 50-тьма горизонтально орієнтованими отворами. Отвори мають конфігурації, що взаємодіють для досягнення поведінки негативного Пуасонового коефіцієнта при стисненні, або розтягуванні, або при обох діях.
Інші ознаки цього винаходу стосуються способу виготовлення пористої структури. Спосіб
Зо включає операції: створення жорсткого або напівжорсткого тіла; і виконання перших подовжених отворів і других подовжених отворів в жорсткому або напівжорсткому тілі. Кожен з подовжених отворів має велику вісь і малу вісь. Великі осі перших подовжених отворів перпендикулярні великим осям других подовжених отворів. Подовжені отвори розташовано в матриці з рядків і стовпців. Кожен з рядів і кожен з стовпців чергують між першими і другими подовженими отворами. Отвори мають конфігурації, що взаємодіють для досягнення поведінки негативного Пуасонового коефіцієнта при стисненні, або розтягуванні, або обох дій. Перші і другі подовжені отвори може бути виконано в жорсткому або напівжорсткому тілі будь-яким відомим способом, у тому числі мікрообробкою, інтерференційною літографією, лазерним різанням або електронно-променевим різанням, або будь-якою їх комбінацією.
Відповідно до іншої ознаки винаходу в описі розкрита конструкція камери згоряння газової турбіни. Камера згоряння газової турбіни має металеву стінку з множиною вертикально подовжених отворів і множиною горизонтально подовжених отворів. Кожен з подовжених отворів має велику вісь, яка перпендикулярна малій осі. Великі осі вертикально подовжених отворів перпендикулярні великим осям горизонтально подовжених отворів. Подовжені отвори розташовано в матриці з рівновіддалених рядків, які перпендикулярні рівновіддаленим стовбцям. Кожен з рядів і кожен з стовпців чергується між вертикально і горизонтально подовженими отворами. Подовжені отвори мають наперед визначену пористість і наперед визначене співвідношення розмірів, і мають конфігурації, що взаємодіють для досягнення поведінки негативного Пуасонового коефіцієнта при макроскопічних навантаженнях стисненням і розтягуванням.
Наведений вище короткий опис суті винаходу не призначено для представлення кожного конкретного варіанту здійснення винаходу або кожної ознаки винаходу. Цей опис суті винаходу показує тільки приклади забезпечення деяких нових ознак винаходу. Вищевказані ознаки і переваги, а також інші ознаки і переваги даного винаходу, стануть більш зрозумілі з нижченаведеного детального опису прикладів здійснення втілень винаходу і способів для здійснення даного винаходу, що наведено в поєднанні з доданими кресленнями і формулою винаходу.
Короткий опис креслень
На фіг. 1 показано графік залежності Пуасонового коефіцієнта від номінального розтягнення, який ілюструє поведінку негативного Пуасонового коефіцієнта в різних репрезентативних пористих структурах відповідно до винаходу.
На фіг. 2а-2с показано зразки трьох різних квадратних матриць з еліптичними порами, що демонструють різну поведінку негативного Пуасонового коефіцієнта відповідно до винаходу.
На фіг. З показано три послідовні в часі зображення квадратної матриці структур зі стягнутими отворами, яка зменшеншує теплове навантажень, викликане гарячою зоною дії, відповідно до винаходу.
На фіг. 4 показано зображення квадратної матриці з горизонтально і вертикально орієнтованих отворів еліптичної форми у вільному від напруги стані, що забезпечує поведінку негативного Пуасонового коефіциєнта відповідно до винаходу.
На фіг. 5 показано зображення квадратної матриці з горизонтально і вертикально орієнтованими отворами двотаврової форми у ненапруженому стані, що забезпечує поведінку негативного Пуасонового коефіцієнта відповідно до винаходу.
На фіг. 6-8 показано різні репрезентативні форми отворів відповідно до винаходу.
Даний опис стосується різних модифікацій і альтернативних форм, і далі буде детально описано конкретні варіанти здійснення винаходу, які показано, як приклад, на кресленнях.
Однак слід розуміти, що винахід не обмежується конкретними описаними варіантами. Винахід охоплює всі модифікації, еквівалентні та альтернативні варіанти, в межах об'єму винаходу, який визначено в наданій формулі винаходу.
Детальний опис винаходу
Даний винахід може бути втілено в багатьох різних формах. На кресленнях показано і далі буде описано детально типові варіанти здійснення винаходу, при цьому, слід розуміти, що опис винаходу слід вважати, як такий, що ілюструє принципи винаходу і не призначений для обмеження винаходу наведеними варіантами. У цьому сенсі, елементи і обмеження, які розкриті, наприклад, в рефераті, описі суті винаходу і в розділах детального опису, але явно не вказані у формулі винаходу, не повинні бути включені в формулу, поодинці або разом, підтекстами чи іншим чином. Для цілей детального опису винаходу, якщо конкретно не заперечується: слово в однині включає і множину та навпаки; слова "їі" та "або" є сполучниками і розділовими сполучниками; слово означає "будь-які" і "всі"; слово "будь-які" означає "будь-які" і "всі"; і слова "включає" і "містить" означають "включення без обмежень". Крім того, слова наближення, наприклад, "біля", "майже", "по суті", "приблизно", тощо, можуть бути використані в цьому документі в значенні "на", "поруч", або "майже поруч" або "в межах 3-5 95" або "в прийнятних межежах виробничих допусків, " або в будь-яких їх логічних комбінаціях, для прикладу.
Винахід стосується пористих структур, які в стаціонарному стані навколишнього середовища не мають макроскопічного навантаження, включають повторювані форми подовжених отворів, які забезпечують поведінку негативного Пуасонового коефіцієнта (НПК). Пуасонів коефіцієнт можна, взагалі, характеризувати як відношення поперечної деформації стиснення до поздовжньої деформації розтягнення в навантаженому об'єкті. НПК, як правило, є позитивним, оскільки більшість матеріалів, в тому числі багато полімерних пін і пористих твердих тіл, стають тоншими в поперечному перерізі при розтягуванні. Пористі структури, описані тут, показують поведінку негативного Пуасонового коефіцієнта. Ці типи матеріалів також згадуються як "ауксетики" або "ауксетичні матеріали".
У деяких описаних варіантах здійснення винаходу, коли структуру стискають в напрямку У, завдяки розташуванню сусідніх отворів, розтягування в напрямку М призводить до появи моменту навколо центру кожної комірки, спричиняючи поворот комірки. Кожна комірка обертається в напрямку, протилежному тому, що мають його безпосередні сусіди. Це обертання призводить до зменшення відстані в напрямку Х між сусідніми комірками по горизонталі. Іншими словами, стиснення структури в напрямку У змушує її стискатися в напрямку Х. З іншого боку, розтягування в напрямку У призводить до розширення в напрямку Х.
У масштабі всієї структури, це показує поведінку ауксетичного матеріалу. Однак багато з описаних тут структур складаються із звичайних матеріалів. У "псевдо-ауксетиків" з'являється властивість цих структур. Іншими словами, власно матеріал може мати позитивний Пуасонів коефіцієнт, але змінивши структуру з введенням візерунку з подовженими отворами, описаними тут, ця структура мікроскопічно веде себе як матеріал, що має негативний Пуасонів коефіцієнт.
На фіг. 1 показано графік зміни Пуасонового коефіцієнта в залежності від величини розтягнення для трьох представлених пористих структур, показаних на фіг. 2А-2С. На графіку фіг. 1 показано Пуасонів коефіцієнт (ПК) випробуваного зразка під навантаженням. При певному бо рівні деформації "миттєвий" ПК може бути визначено в залежності від відповідного параметра
(наприклад, номінального розтягнення), що показує рівень деформації. Коли конструктор отримує бажаний НПК для відповідного застосування, то можна бачити рівень деформації, який відповідає цьому ПК, і визначити форму отворів в такому стані. Потім структура з такою формою отворів може бути механічно нанесено (виготовлено) на ненапруженій частині для отримання компоненту з бажаним ПК.
На фіг 28 і 2С показано візерунки з подовженими отворами можуть складатися з горизонтально і вертикально орієнтованих еліптичних отворів (також званих "отвори" або "еліпси"). Еліпси розташовано на горизонтальних і вертикальних лініях (наприклад, на рядках і стовпцях квадратної матриці), причому вертикальні лінії розміщені на рівній відстані одна від одної, а горизонталі лінії в обох розмірних лініях є на однаковій відстані одна від одної (також дх - Ду). Центр кожного отвору знаходиться в точці перетину двох ліній. Горизонтально та вертикально орієнтовані еліпси чергуються на вертикальних і горизонтальних лініях так, що будь-який вертикальний еліпс оточено горизонтальними еліпсами уздовж цих ліній (і навпаки), причому, наступні вертикальні еліпси знаходяться на обох діагоналях. Пори можуть застосовуватись як охолоджувальні та/або демпфіруючі отвори, а через їх розташування також як знижувачі напруги.
Також описана камера згоряння газової турбіни, яка виготовлена зі стінками з матеріалу з будь-якою з особливих пористих структур, описаних тут. У деяких варіантах здійснення винаходу, форми отворів створюють в металевому тілі безпосередньо у вільному від навантаження стані так, що отвори є еквівалентними за формою стягнутим порам, що виявлені в гумі під зовнішнім навантаженням, щоб отримати поведінку негативного Пуасонова коефіцієнт в металі без руйнування металевої структури при виробництві. Різні шляхи виробництва може бути застосовано для повторювання пористих візерунків в металевому компоненті.
Виробництво не обов'язково містить згин, як одну з операцій способу. Пористі структури, описані тут, не обмежені стінками камери згоряння; вони можуть бути застосовані і в інших частини турбіни (наприклад, лопать, канал і т.д.).
Якщо пористість з одного шару оцінюють як занадто високу для конкретної камери згоряння, то два або більше шари укладають зі зміщенням, щоб мати оптимальну пористу частинку одного шара для отримання необхідної поведінки і щоб мати оптимальний повітряний потік
Зо крізь шар для отримання потрібного рівня охолодження та/або послаблення. Наприклад, два шари з однаковою (або подібною) структурою отворів можна зіставити таким чином, що отвори будуть вирівняно (наприклад, мають загальну центральну вісь) або навмисно зміщено (наприклад, центральні осі суміжних отворів в радіальному напрямку зсунено) для досягнення бажаної теплової, механічної та/або акустичної функції.
Стінка камери згоряння має кращу поведінку матеріалу з отриманим (макроскопічним) негативним Пуасоновим коефіцієнтом. Навіть коли ця структура виготовлена зі звичайного металу, вона буде стискатися в бічному напрямку, коли її піддають стискаючому навантаженню по осі, при цьому, власно матеріал не є матеріалом, який має негативний Пуасонів коефіцієнт.
Поведінку матеріалу визвано конкретною пористою структурою.
В стінці звичайної камери згоряння отвори, що використовують для забезпечення потоку охолоджувального повітря і демпфірування, також виступають як місця концентрації напруги. В деяких описаних варіантах здійснення винаходу, оскільки матеріал стінки в гарячій зоні тисне на оточуючий її матеріал, наприклад, у вертикальному напрямку, негативний Пуасонів коефіцієнт буде забезпечувати усадку матеріалу стінки в горизонтальному напрямку і навпаки. Така поведінка буде забезпечувати значне зниження напруги в гарячий зоні. Цей ефект сильніше, ніж просто вплив зниженої жорсткості. Напруга в гарячий зоні знижується на 50 95, що призводить до підвищення довговічності на кілька порядків. Зменшення напруги за рахунок поведінки матеріалу з НПК не збільшує витрати повітря для охолодження стінки камери згоряння. Можна забезпечити збільшену довговічність як таку, або може бути замінено матеріал стінки дешевшим, що значно зменшить вартість.
Показано, що заміна 2-3 96 круглих охолоджувальних отворів камери на еліптичні проходи для повітря зменшує термомеханічне навантаження щонайменше в п'ять разів, зберігаючи при цьому продуктивність охолодження і послаблення. Наприклад, передбачення еліптичних отворів охолодження в камері згоряння призвело до п'ятикратного зменшення основної напруги в найгіршому випадку. При забезпеченні поведінки матеріалу з НПК додано функціональності цим охолоджувальним отворам. П'ятикратне зниження основної напруги залежить від модифікації охолоджувальних отворів для забезпечення поведінки негативного Пуасонового коефіцієнта. При циклічному навантаженні особливого жароміцного сплаву камери згоряння, зменшення вдвічі компонента напруги збільшує довговічність більше, ніж на порядок. В деяких бо варіантах здійснення винаходу жароміцним сплавом може бути жароміцний сплав на основі нікелю, такий як Інконель (наприклад ІМ100, ІМбОО, ІМ713), сплав Васпалой, Рене сплави (наприклад, Непе 41, Непе 80, Непе 95, Непе Н5), Хаїнес сплави (Наупевз), Інколой (Іпсоіоу),
МРЗВ8Т, сплави ТМ і монокристалічні сплави СМ5Х (наприклад, СМ5Х-4).
Показано, що знижена пористість забезпечує функцію підвищеного охолодження. В даному тексті, поняття "пористість" може бути визначене як площа Ад поверхні отворів, поділена на площу Ах поверхні структури, тобто, Пористість - Ад / Аз. В деяких варіантах втілення винаходу може бути бажаним, щоб пористість даної пористої структури складала приблизно 1-4 95, а в деяких варіантах приблизно 2-3 95, або в деяких варіантах приблизно 2 95. Багато пристроїв з відомого рівня техніки вимагають пористості 40-50 Фо.
Може бути наперед задане оптимальне співвідношення розмірів подовжених отворів, щоб забезпечити бажану поведінку НПК. В даному тексті поняття "співвідношення розмірів" отворів може бути визначене як довжина, поділена на ширину отворів, або довжини великої осі, поділена на довжину малої осі отворів. В деяких варіантах втілення винаходу може бути бажаним, щоб співвідношення розмірів отворів було приблизно 5-40, а в деяких варіантах приблизно 30-40. Оптимальний НПК може складати, наприклад, -0,5. Ознаки винаходу може бути продемонстровано на зразках структур, що створено з візерунком в масштабі міліметрів, і в рівній мірі може бути застосовно до структур, що зберігають ті самі періодичні візерунки при меншому масштабі (наприклад, в мікронах, субмікронах і нанометрах).
Форма отворів може бути різноманітною по вигляду, розмірах і орієнтаціях. На Фіг. 2881 20 наведено отвори еліптичної форми. На Фіг. 6 наведено отвори, що мають еліптичну форму з більш великим співвідношенням розмірів, ніж показано на фіг. 2А-2С. На Фіг. З наведено отвори, що мають форму стягнутого отвора. На фіг. 8 показано отвори, що мають І-подібну форму або двічі Т-подібну форму. На Фіг. 7 наведено отвори, які мають форму штанги з двома фіксуючими отворами, що з'єднані прямим пазом або стеблом. Форми може бути змінено та/або розвинено для різних застосувань. Крім того, ці форми може бути змінено в залежності від виробничого процесу, який використовується. НКП може бути застосовано для будь-якої конфігурації, де комірки повертаються описаним вище способом.
Хоча вище було описано детально багато варіантів втілення винаходу, фахівець в цій галузі техніки може пропонувати різні альтернативні конструкції і втілення для здійснення винаходу в
Зо межах обсягу, визначеного в доданій формулі винаходу.

Claims (11)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Пориста структура, яка має: 35 жорстке або напівжорстке тіло з першою множиною перших подовжених отворів і другою множиною других подовжених отворів, причому кожен з подовжених отворів має велику вісь і малу вісь, великі осі перших подовжених отворів перпендикулярні великим осям других подовжених отворів, перша та друга множини подовжених отворів розташовано в матриці з рядків і стовпців, де кожен з рядків і кожен зі стовпців чергуються між першими і другими 40 подовженими отворами, при цьому подовжені отвори спільно сконфігуровані для досягнення поведінки негативного Пуассонового коефіцієнта під дією стиснення або розтягнення, або обох дій, при цьому кожен з перших і других подовжених отворів включає в себе отвори, що розташовані з проміжком один від одного та з'єднані стовбуром, 45 а подовжені отвори, що розташовані в жорсткому або напівжорсткому тілі у ненапруженому стані, мають наперед визначену пористість, яка дорівнює 1-4 95.
2. Пориста структура за п. 1, в якій тіло має металеву стінку.
З. Пориста структура за п. 1, в якій велика і мала осі кожного подовженого отвору є перпендикулярними. 50
4. Пориста структура за п. 1, в якій рядки розташовано через рівні проміжки один від одного, і стовпці розташовано через рівні проміжки один від одного.
5. Пориста структура за п. 1, в якій кожен з подовжених отворів має центр на перетині великої і малої осей, центр кожного з подовжених отворів розміщено у відповідній точці перетину одного з рядків і одного зі стовпців матриці. 55
6. Пориста структура за п. 1, в якій подовжені отвори спільно сконфігуровані для забезпечення наперед визначених характеристик поглинання тепла і послаблення шуму.
7. Пориста структура за п. 1, в якій подовжені отвори мають наперед визначену пористість і наперед визначене форматне співвідношення та спільно сконфігуровані для досягнення поведінки негативного Пуассонового коефіцієнта під дією макроскопічних навантажень, що 60 викликають стиснення і розтягування.
8. Пориста структура за п. 1, в якій кожен з подовжених отворів має форматне співвідношення 5-40.
9. Спосіб виготовлення пористої структури, який містить операції: створення жорсткого або напівжорсткого тіла; і виконання перших подовжених отворів і других подовжених отворів в жорсткому або напівжорсткому тілі, де кожен з подовжених отворів має велику вісь і малу вісь, великі осі перших подовжених отворів перпендикулярні великим осям других подовжених отворів, подовжені отвори розташовано в матриці з рядків і стовпців, де кожен з рядків і кожен зі стовпців чергуються між першими і другими подовженими отворами, причому подовжені отвори спільно сконфігуровані для досягнення поведінки негативного Пуассонового коефіцієнта під дією стиснення або розтягування, або обох дій, при цьому кожен з перших і других подовжених отворів включає в себе отвори, що розташовані з проміжком один від одного та з'єднані стовбуром, а подовжені отвори, що розташовані в жорсткому або напівжорсткому тілі у ненапруженому стані, мають наперед визначену пористість, яка дорівнює 1-4 95.
10. Спосіб за п. 9, в якому виконання перших і других подовжених отворів в жорсткому або напівжорсткому тілі здійснюють за допомогою мікрообробки, інтерференційної літографії, лазерного різання або електронно-променевого різання, або будь-якої їх комбінації.
11. Камера згоряння газової турбіни, яка має: металеву стінку з множиною вертикально подовжених отворів і множиною горизонтально подовжених отворів, причому кожен з подовжених отворів має велику вісь, яка перпендикулярна малій осі, при цьому великі осі вертикально подовжених отворів перпендикулярні великим осям горизонтально подовжених отворів, множини подовжених отворів розташовано в матриці з рівновіддалених рядків, перпендикулярних рівновіддаленим стовпцям, і кожен з рядків і кожен зі стовпців чергуються між вертикально та горизонтально подовженими отворами, причому подовжені отвори мають наперед визначену пористість і наперед визначене форматне співвідношення розмірів та спільно сконфігуровані для досягнення поведінки негативного Пуассонового коефіцієнта при макроскопічних навантаженнях стисненням і розтягуванням, при цьому кожен з подовжених отворів включає в себе отвори, які розташовані з проміжком Зо один від одного та з'єднані стовбуром, а подовжені отвори, що розташовані у жорсткому або напівжорсткому тілі у ненапруженому стані, мають наперед визначену пористість, яка дорівнює 1-4 95. р ше ш ШЕ ИН 5 еБюлерищентя - і ШТ т -КЧиспа тод ше Еш ШЕ З р : сей ФУ ро 3 МНН шт 5 РОЛ ше сей ей ох х 5 0 зни еюяяя ни орден тях їх, Зяг. 26 5 ї : ТК, Я Це г; в І : пок мл ша З й ! : ме а ЕЯ я ОА ! їі ше Бонні Божу 5 обу вв сх ші : Наміявітьне позтатуяання й ЕЕ: фе 1
UAA201509462A 2013-03-15 2014-03-13 Пористі структури з повторюваною формою подовжених отворів UA118753C2 (uk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361790175P 2013-03-15 2013-03-15
PCT/US2014/025324 WO2014197059A1 (en) 2013-03-15 2014-03-13 Void structures with repeating elongated-aperture pattern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA118753C2 true UA118753C2 (uk) 2019-03-11

Family

ID=52008478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201509462A UA118753C2 (uk) 2013-03-15 2014-03-13 Пористі структури з повторюваною формою подовжених отворів

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10823409B2 (uk)
EP (1) EP2969740B1 (uk)
JP (1) JP6417388B2 (uk)
CN (1) CN105555657B (uk)
CA (1) CA2907119A1 (uk)
RU (1) RU2682461C2 (uk)
UA (1) UA118753C2 (uk)
WO (1) WO2014197059A1 (uk)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2969740B1 (en) 2013-03-15 2020-05-06 President and Fellows of Harvard College Void structures with repeating elongated-aperture pattern
US9402439B2 (en) 2013-09-18 2016-08-02 Nike, Inc. Auxetic structures and footwear with soles having auxetic structures
US9554624B2 (en) * 2013-09-18 2017-01-31 Nike, Inc. Footwear soles with auxetic material
CN106457748A (zh) * 2014-01-24 2017-02-22 墨尔本皇家理工大学 结构化多孔超材料
US20160131041A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 General Electric Company Turbomachine including a tranistion piece to turbine portion variable purge flow seal member
CA2973385A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 President And Fellows Of Harvard College Auxetic structures with distorted projection slots in engineered patterns to provide npr behavior and improved stress performance
EP3242794B1 (en) * 2015-01-09 2020-12-30 President and Fellows of Harvard College Zero-porosity npr structure and tuning of npr structure for particular localities
CA2973402A1 (en) 2015-01-09 2016-07-14 President And Fellows Of Harvard College Negative poisson's ratio waffle structures
CN108472913B (zh) * 2015-01-09 2021-02-09 哈佛大学校董委员会 具有用于自定义npr特性的工程化图案的浅凹与空隙混合的拉胀结构
US9861158B2 (en) * 2015-03-10 2018-01-09 Nike, Inc. Auxetic structures and footwear with soles having auxetic structures
GB2540014B (en) * 2015-05-19 2019-01-09 Boeing Co System and method for forming elongated perforations in an inner barrel section of an engine
CA2961625A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-02 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Bistable auxetics
CN107153434B (zh) * 2017-05-12 2020-05-08 清华大学 基于等比例坐标变换的应力控制器件与方法
CN107672192B (zh) * 2017-10-16 2020-05-26 东华大学 一种二维负泊松织物的成型设备及方法
EP3790732B1 (de) 2018-05-08 2021-09-22 Puma Se Verfahren zur herstellung einer sohle eines schuhs, insbesondere eines sportschuhs
JP6975351B2 (ja) 2018-05-08 2021-12-01 プーマ エス イーPuma Se 靴、特にスポーツ靴のソール
CN108591810B (zh) * 2018-05-15 2020-12-11 大连理工大学 一种高拉伸强度的可调带隙机械超材料
CN109210054A (zh) * 2018-10-23 2019-01-15 南京工业大学 一种具有负泊松比效应的钉子及其设计方法
CN109805465A (zh) * 2019-04-01 2019-05-28 南京工业大学 一种具有负泊松比效应的胸垫及其设计方法
US20210112917A1 (en) * 2019-10-21 2021-04-22 Puma SE Article of footwear
CN110779391A (zh) * 2019-11-20 2020-02-11 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 具有负泊松比的金属陶瓷复合装甲及其制备方法与应用
CN112532106A (zh) * 2020-10-30 2021-03-19 武汉汉烯科技有限公司 基于宏观石墨烯膜负泊松比结构的柔性压电能量收集器
US11804206B2 (en) 2021-05-12 2023-10-31 Goodrich Corporation Acoustic panel for noise attenuation
US11830467B2 (en) 2021-10-16 2023-11-28 Rtx Coroporation Unit cell resonator networks for turbomachinery bypass flow structures
US11781485B2 (en) 2021-11-24 2023-10-10 Rtx Corporation Unit cell resonator networks for gas turbine combustor tone damping
US11702992B2 (en) 2021-12-03 2023-07-18 Raytheon Company Combustor wall core with resonator and/or damper elements
US11994036B2 (en) 2022-01-26 2024-05-28 Rohr, Inc. Unit cell resonator networks for acoustic and vibration damping

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH456568A4 (uk) 1968-03-26 1970-08-14
US5233828A (en) 1990-11-15 1993-08-10 General Electric Company Combustor liner with circumferentially angled film cooling holes
CA2048726A1 (en) 1990-11-15 1992-05-16 Phillip D. Napoli Combustor liner with circumferentially angled film cooling holes
EP0971172B1 (de) 1998-07-10 2003-12-03 ALSTOM (Switzerland) Ltd Brennkammer für eine Gasturbine mit schalldämpfender Wandstruktur
RU2162194C1 (ru) * 1999-11-24 2001-01-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭСТ" Камера сгорания
US8084117B2 (en) * 2005-11-29 2011-12-27 Haresh Lalvani Multi-directional and variably expanded sheet material surfaces
US20070135788A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-14 Emmanuelle Damay Pants liner
US7581398B2 (en) * 2006-06-29 2009-09-01 General Electric Company Purged flameholder fuel shield
US7827797B2 (en) * 2006-09-05 2010-11-09 General Electric Company Injection assembly for a combustor
WO2008097592A2 (en) * 2007-02-05 2008-08-14 Boston Scientific Limited Synthetic composite structures
WO2008100901A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Massachusetts Institute Of Technology Transformative periodic structures, in particular tunable photonic crystals and phononic crystals
CN101105189B (zh) 2007-06-14 2011-04-20 南京航空航天大学 微型压气机隔热式静子轮盘
US7594401B1 (en) * 2008-04-10 2009-09-29 General Electric Company Combustor seal having multiple cooling fluid pathways
US8066482B2 (en) * 2008-11-25 2011-11-29 Alstom Technology Ltd. Shaped cooling holes for reduced stress
FR2941287B1 (fr) * 2009-01-19 2011-03-25 Snecma Paroi de chambre de combustion de turbomachine a une seule rangee annulaire d'orifices d'entree d'air primaire et de dilution
US8511089B2 (en) * 2009-07-31 2013-08-20 Rolls-Royce Corporation Relief slot for combustion liner
US9452040B2 (en) * 2009-08-27 2016-09-27 Boston Scientific Scimed Inc. Embolic protection devices with an improved filter membrane
US20110059291A1 (en) 2009-09-07 2011-03-10 Boyce Christopher M Structured materials with tailored isotropic and anisotropic poisson's ratios including negative and zero poisson's ratios
US8475117B2 (en) 2009-11-10 2013-07-02 General Electric Company Gas turbine compressor and method of operation
JP4634528B1 (ja) * 2010-01-26 2011-02-23 三菱重工業株式会社 分割環冷却構造およびガスタービン
CN202082156U (zh) 2011-05-27 2011-12-21 巴克约根森风机(宁波)有限公司 一种风机
RU121347U1 (ru) * 2012-06-06 2012-10-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Камера сгорания газотурбинного двигателя
EP2969740B1 (en) 2013-03-15 2020-05-06 President and Fellows of Harvard College Void structures with repeating elongated-aperture pattern
WO2014151045A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 President And Fellows Of Harvard College Low porosity auxetic sheet

Also Published As

Publication number Publication date
US20160025343A1 (en) 2016-01-28
CN105555657B (zh) 2019-05-31
JP6417388B2 (ja) 2018-11-07
EP2969740B1 (en) 2020-05-06
US10823409B2 (en) 2020-11-03
RU2682461C2 (ru) 2019-03-19
JP2016520784A (ja) 2016-07-14
EP2969740A4 (en) 2016-12-07
CN105555657A (zh) 2016-05-04
WO2014197059A1 (en) 2014-12-11
CA2907119A1 (en) 2014-12-11
RU2015141564A (ru) 2017-04-24
EP2969740A1 (en) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA118753C2 (uk) Пористі структури з повторюваною формою подовжених отворів
RU2664895C2 (ru) Низкопористый ауксетический листовой материал
CN108472913B (zh) 具有用于自定义npr特性的工程化图案的浅凹与空隙混合的拉胀结构
US9709274B2 (en) Auxetic structure with stress-relief features
US20170370581A1 (en) Auxetic Structures With Distorted Projection Slots In Engineered Patterns To Provide NPR Behavior And Improved Stress Performance
CN108472915B (zh) 零孔隙率npr结构以及特定位置的npr结构的调整
CN108367329B (zh) 用于自定义npr特性和改善的冷却性能的以工程化图案具有成角度的狭槽的拉胀结构
Akhmetshin et al. Check for updates Towards Effective Properties of Two-Dimensional Tetrachiral Mechanical Metamaterials
姜恒 et al. Band Gaps and Vibration Isolation of a Three-dimensional Metamaterial with a Star Structure