[發(fā)明專利]一種手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711050954.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107726035B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦慶華;張威;陳尚軍;王少明;王鐵軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F16S5/00
• 分類號(hào): F16S5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開(kāi)了一種手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)，該蜂窩結(jié)構(gòu)適用于輕質(zhì)材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，是由若干個(gè)代表性胞元周期交錯(cuò)排列而成。代表性胞元由兩個(gè)相同的正方形孔以45°的方向交錯(cuò)重疊成一個(gè)有一定壁厚的波浪形結(jié)構(gòu)，包含了正方形孔的未重疊邊和重疊邊。代表性胞元周期排列時(shí)，y向相鄰的代表性胞元之間波峰與波谷交錯(cuò)重合，一條重疊邊與相鄰代表性胞元的一條未重疊邊部分重合，x向相鄰的代表性胞元之間，一組代表性胞元的一條未重疊邊部分重合，而另一組代表性胞元?jiǎng)t共用另一條未重疊邊。所述手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)包含外凸多邊形和內(nèi)凹多邊形，可通過(guò)改變壁厚和重疊邊的長(zhǎng)度來(lái)產(chǎn)生多級(jí)變形實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的二次承載，從而提高手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)的能量吸收能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輕質(zhì)材料設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

輕質(zhì)多孔材料作為一種常見(jiàn)的材料形式，廣泛存在于自然界中，例如動(dòng)物的骨骼、蜜蜂的巢穴、昆蟲(chóng)的外殼、植物的根莖等。人類從這些天然的多孔材料中獲得靈感，設(shè)計(jì)和制備了各種各樣的輕質(zhì)多孔材料，例如泡沫材料、蜂窩材料、點(diǎn)陣材料等，這些多孔材料由于具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)等多功能性以及較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，在航空、航天、汽車、生物、電子、能源等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，作為一種有序的二維多孔材料-蜂窩材料，其力學(xué)性能優(yōu)異、制備簡(jiǎn)單，獲得了大量的應(yīng)用。常見(jiàn)的蜂窩材料有六邊形蜂窩、四邊形蜂窩、三角形蜂窩、Kagome蜂窩等，這些蜂窩都是外凸多邊形蜂窩，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生初始坍塌以后，便喪失了承載能力，而在一些實(shí)際工程應(yīng)用中，希望當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生初始坍塌后還能夠繼續(xù)承載。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有蜂窩材料的缺陷，本發(fā)明提供了一種手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)，該蜂窩結(jié)構(gòu)由若干個(gè)代表性胞元周期交錯(cuò)排列而成；其中，

代表性胞元是由兩個(gè)相同的正方形孔以45°的方向交錯(cuò)重疊成一個(gè)有設(shè)定壁厚的波浪形結(jié)構(gòu)；該波浪形結(jié)構(gòu)由相連的正方形孔未重疊邊和正方形孔重疊邊構(gòu)成。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述的代表性胞元周期排列時(shí)，y向相鄰的代表性胞元之間波峰與波谷交錯(cuò)重合，任意一組代表性胞元的一條正方形孔重疊邊與相鄰代表性胞元的一條正方形孔未重疊邊部分重合，x向相鄰的代表性胞元之間，一組代表性胞元的一條正方形孔未重疊邊部分重合，而另一組代表性胞元?jiǎng)t共用另一條正方形孔未重疊邊。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，任意一組代表性胞元的一條正方形孔未重疊邊的邊長(zhǎng)為l，正方形孔重疊邊的邊長(zhǎng)為αl，胞壁厚度為βl，通過(guò)改變?chǔ)恋拇笮∵M(jìn)而改變手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)波浪形結(jié)構(gòu)凹陷的程度，且α越大，凹陷程度越大，通過(guò)改變?chǔ)碌拇笮。M(jìn)而改變胞壁的厚度，且β越大，胞壁厚度越大，α、β滿足以下關(guān)系：

本發(fā)明具有如下的有益效果：

該手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)的代表性胞元的正方形孔未重疊邊之間以及正方形孔未重疊邊與重疊邊之間構(gòu)成外凸多邊形，正方形孔重疊邊之間構(gòu)成內(nèi)凹多邊形，在結(jié)構(gòu)受壓時(shí)，外凸多邊形易于發(fā)生變形，因此在結(jié)構(gòu)壓縮變形過(guò)程中手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)的外凸多邊形的胞壁會(huì)首先發(fā)生大變形直至胞壁發(fā)生接觸，當(dāng)胞壁接觸時(shí)，未變形的內(nèi)凹多邊形使得手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)的胞元形狀變成三角形胞元，從而形成新的蜂窩結(jié)構(gòu)，繼續(xù)加載時(shí)，新的三角形胞元結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)變形承載。這種手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式，實(shí)現(xiàn)了蜂窩結(jié)構(gòu)的分級(jí)變形，使得結(jié)構(gòu)能夠二次承載，從而提高了蜂窩結(jié)構(gòu)的承載能力和能量吸收能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)的代表性胞元示意圖。

圖2為相鄰代表性胞元之間關(guān)系圖。

圖3為由代表性胞元形成的手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)圖。

圖4為手風(fēng)琴式蜂窩結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮有限元仿真結(jié)果圖。