[發明專利]一種基于弧形壁波紋板的靜不定負泊松比蜂窩結構

有效

• 申請號: 202010149221.0
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111331938B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 王陶;張江帆;孫會明;王彥;王良模
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B32B3/12
• 分類號: B32B3/12;B32B15/01;B32B15/20;B32B15/18;B32B7/12;B32B3/28;B32B33/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明屬于吸能領域，具體的本發明是一種基于弧形壁波紋板的靜不定負泊松比蜂窩結構。包括上層面板、中間的空腔負泊松比夾芯層和下層面板。所述上、下層面板為復合材料實心平板。所述中間的空腔負泊松比夾芯層是由波紋板和支撐板構成，其中每兩個帶不同弧形壁的波紋板呈雙箭矢形堆疊并和若干個薄壁支撐板組合構成負泊松比夾芯層的縱向周期性最小單元。與傳統正六邊形蜂窩結構相比，該結構的優點在于負泊松比蜂窩具有更高的壓縮剛度和強度，同時通過波紋板間支撐板形成的靜不定結構進一步提高了結構穩定性。本發明的蜂窩結構應用在緩沖、隔振、抗沖擊吸能裝置，能顯著提高整體裝置的承載和能量吸收能力。

技術領域

本發明屬于緩沖、隔振、抗沖擊吸能裝置的技術領域，具體的本發明是一種基于弧形壁波紋板的靜不定負泊松比蜂窩結構。

背景技術

近年來隨著國家在航天航空、汽車、國防戰略和工程裝備等領域的迅速發展，如何不斷推進材料和結構設計科學發展從而在提高結構承載能力的同時減輕重量已成為國內外機械、力學和材料等領域眾多科研學者和工程技術人員關注的重點。在此背景下，蜂窩結構材料憑借其高比強度和比剛度以及高強輕質吸能的特性，在工程裝備設計中具有廣闊的應用前景。具有負泊松比特性的材料和結構具備更高的剪切韌性、壓痕阻力、斷裂韌性和抵抗裂紋的能力，在蜂窩結構的設計中通過構型設計引入負泊松比特性為提高蜂窩結構的力學性能提供了一種全新的設想和途徑。

但傳統蜂窩結構由于高孔隙率和單一周期性結構的幾何特征，在服役過程中承受極限載荷后會因為某處胞壁失效而導致整體屈曲和失穩的現象，這勢必會對相應裝置的力學性能產生不利的影響。中國專利CN108527945B公開了一種心形孔格的柔性蜂窩的制備方法，該專利是利用柔性薄層材料疊合形成具有心形孔格的柔性蜂窩結構，雖然具有各向柔性，但整體結構承載能力不足，無法滿足工程裝備領域的服役要求，且制備方法無法用于制作金屬蜂窩結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于弧形壁波紋板的靜不定負泊松比蜂窩結構，包括上層面板、中間的空腔負泊松比夾芯層和下層面板。中間的空腔負泊松比夾芯層是由波紋板和支撐板構成，其中每兩個帶不同弧形壁的波紋板呈雙箭矢形堆疊并和若干個薄壁支撐板組合構成負泊松比夾芯層的縱向周期性最小單元。該結構的優點在于負泊松比蜂窩具有更高的壓縮剛度和強度，同時通過波紋板間支撐板形成的靜不定結構進一步提高了結構穩定性。。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于弧形壁波紋板的靜不定負泊松比蜂窩結構，包括上層面板、中間的空腔負泊松比夾芯層和下層面板；

所述空腔負泊松比夾芯層由多個縱向周期性單元沿縱向平面相鄰布置形成，所述縱向周期性單元包括帶不同弧形壁的上波紋板和下波紋板，所述上波紋板和下波紋板均由多個波紋子單元依次排列構成，每個波紋子單元包括一個下平臺壁、位于下平臺壁兩側的的兩個弧形壁、和分別與兩個弧形壁相連的半個上平臺壁；

所述上波紋板的弧形壁向下凹，下波紋板的弧形壁向上凸，上波紋板的上平臺壁與下波紋板對應的上平臺壁堆疊形成橫向分布的多個雙箭矢構型，所述每個雙箭矢構型包括上波紋板的一個波紋子單元和下波紋板的一個波紋子單元。

進一步的，所述上波紋板和下波紋板的厚度恒定且一致，上波紋板的弧形壁的圓弧角度為θ₁，圓弧半徑為r₁,下波紋板的弧形壁的圓弧角度為θ₂,圓弧半徑為r₂，上波紋板的弧形壁和下波紋板的弧形壁的圓弧外側相切，且幾何關系滿足θ₁+θ₂＝π/2和r₂/cosθ₂-r₂＝r₁。

進一步的，所述上波紋板和下波紋板的厚度為0.5～1.8mm，所述上波紋板的弧形壁的曲率半徑在4mm～9mm之間，下波紋板的弧形壁的曲率半徑在10mm～20mm之間。

進一步的，所述上波紋板和下波紋板的波紋子單元的數量相等且均為10～20個。