Введение
Тип жесткой конструкции
В машиностроении, конструкция с работающей обшивкой – это жесткая конструкция, в которой обшивка или покрытие воспринимает часть структурной нагрузки, занимая промежуточное положение между монококом, в котором обшивка воспринимает всю или большую часть нагрузки, и жестким каркасом, имеющим не несущую нагрузку обшивку. Обычно основной каркас имеет прямоугольную структуру и стабилизируется обшивкой посредством треугольников; конструкция с работающей обшивкой имеет локальные элементы, воспринимающие сжатие (прямоугольный каркас), и распределенные элементы, воспринимающие растяжение (обшивка).
Описание
Простая рамная конструкция с четырьмя дискретными элементами не является жёсткой по своей природе, поскольку деформируется от прямоугольной формы даже под небольшими нагрузками. Однако, добавление одного или нескольких диагональных элементов, воспринимающих растяжение или сжатие, придает ей жёсткость, так как рамка не может отклониться от прямых углов, не изменяя при этом диагонали. Иногда диагональные элементы выполняются гибкими, например, в виде тросов, создающих натяжение, или жёсткими, для сопротивления сжатию, как в фермах Уоррена или Пратта. В любом случае, добавление дискретных диагональных элементов приводит к образованию полнорамной конструкции, в которой обшивка практически не вносит вклад в структурную жёсткость. В конструкции с нагруженной обшивкой, сама обшивка или внешнее покрытие жёстко соединяется с рамой, повышая структурную жёсткость за счёт выполнения функции треугольного элемента, препятствующего деформации прямоугольной конструкции. Обшивка обеспечивает значительную долю общей структурной жёсткости, воспринимая касательные напряжения в плоскости, однако оказывает незначительное сопротивление нагрузкам, действующим вне плоскости. Такие конструкции также могут называться полумонококами, чтобы отличать их от монококовых конструкций. Существует определённое пересечение между монококовыми, полумонококовыми (с нагруженной обшивкой) и жёсткими рамными конструкциями, в зависимости от доли структурной жёсткости, обеспечиваемой обшивкой. В монококовой конструкции обшивка берёт на себя все или большую часть нагрузки, а структура имеет меньше дискретных элементов каркаса, иногда ограничиваясь только продольными или поперечными элементами. В отличие от этого, жёсткая рамная конструкция получает лишь небольшую часть общей жёсткости от обшивки, основную долю которой обеспечивают дискретные элементы рамы. Этот метод строительства с нагруженной обшивкой легче полнорамной конструкции и менее сложен в проектировании, чем полноценный монокок.
История
Уильям Фэрберн задокументировал разработку трубчатых мостов Британия и Конви для железной дороги Честер и Холихед в 1849 году; в этой работе Фэрберн описывает, как Роберт Стивенсон привлек его к пересмотру первоначальных концепций Стивенсона, предусматривавших прокладку железнодорожного движения внутри стальных труб, соединенных заклепками, поддерживаемых цепями и имеющих круглое или яйцевидное поперечное сечение. Первые самолеты начала 1900-х годов строились с цельными каркасами, состоящими из деревянных или стальных труб, обшитых лакированной тканью или фанерой, хотя некоторые компании начали разрабатывать монококовые конструкции, создаваемые путем изгиба и ламинирования тонких слоев тюльпанового дерева. Доктор Инж. Адольф Рорбах считается автором термина "несущая обшивка", введенного им в 1923 году. Применение конструкции с несущей обшивкой позволило улучшить скорость и дальность полета самолетов за счет снижения сопротивления благодаря более гладким поверхностям, устранения внешней расчалки и обеспечения внутреннего пространства для убирающегося шасси.