[發明專利]一種用于航天著陸器輕質承載結構的二維疊加波紋梯度夾層結構

有效

• 申請號: 202110059230.5
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112874064B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 顧冬冬;楊建凱;林開杰;郭朦;張晗;張紅梅;戴冬華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B32B15/18
• 分類號: B32B15/18;B32B15/01;B32B3/28;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y80/00;B64G1/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種用于航天著陸器輕質承載結構的二維疊加波紋梯度夾層結構，包括上面板、下面板以及位于上面板和下面板之間的夾芯，夾芯包括高度梯度分布的二維疊加波紋結構層；所述二維疊加波紋結構層沿x向和y向具有相同的波紋構型。本發明的二維疊加波紋梯度夾層結構，大幅提高了結構穩定性，比強度，比能量吸收性能，隔熱/防熱等性能。通過金屬3D打印方法成形的夾層結構具有較高的尺寸精度，良好的成形性，二維疊加波紋結構層與層之間，層與上下兩板之間的連接性得到極大提高。

技術領域

本發明涉及金屬夾層結構，特別是涉及一種二維疊加波紋梯度夾層結構。

背景技術

航天著陸器的承載結構為著陸器提供支撐骨架和外形，起到承載和傳遞載荷的作用。在航天著陸器再入地球大氣層或目標星體大氣層過程中，其承載結構材料需要承受巨大的熱應力、沖擊、振動等載荷。

現有的航天著陸器承載結構通常采用金屬蜂窩夾層結構，然而隨著航空航天領域的快速發展，對結構材料的要求越來越高，現有的金屬蜂窩夾層結構不能滿足性能要求。金屬波紋夾層結構具有輕質，高比強度，高比能量吸收等優勢被廣泛應用于航空航天、汽車、船舶等領域的減振抗沖擊吸能構件，同時波紋夾層結構還具有減緩熱應力、隔熱/防熱的作用。然而現有的波紋夾層結構，在采用多層夾層結構提升比強度、比能量吸收性能的同時，難以保證結構的穩定性，在受載情況下容易發生大面積屈曲，結構不穩定，進而降低了結構的綜合性能；并且，夾層結構的連接處在受載過程中容易產生失效。

發明內容

發明目的：為解決現有金屬波紋夾層結構容易產生大面積屈曲，結構不穩定，力學性能差，及夾心與上下兩板連接性差等問題，本發明提供了一種二維疊加波紋梯度夾層結構，具有優異的減振抗沖擊、高比能量吸收性能，同時具有消散熱應力、隔熱/防熱功能，大幅提高波紋夾層結構的綜合性能。

技術方案：本發明的用于航天著陸器輕質承載結構的二維疊加波紋梯度夾層結構，包括上面板、下面板以及位于上面板和下面板之間的夾芯，夾芯包括依次堆疊的若干二維疊加波紋結構層。

其中，每層波紋結構層的厚度均相同，且波紋結構層的厚度與上面板、下面板的厚度相同。即：上面板的厚度、下面板的厚度以及每層波紋結構層的厚度均相同。

優選地，沿z向相鄰的上下兩層波紋結構層的波峰和波谷相對應連接，位于頂層的波紋結構層的波峰與上面板相連，底層波紋結構層的波谷與下面板相連。

可選的，每層二維疊加波紋層厚度相同，每兩層二維疊加波紋層之間連接處厚度重合，形成面-面連接；位于頂層的二維疊加波紋層與上面板有二分之一的厚度重合，形成面-面連接；位于底層的二維疊加波紋層與下面板有二分之一厚度重合，形成面-面連接，提高連接強度及穩定性。其中，厚度重合指的是厚度重合在一起的相互連接。

優選地，所述波紋結構層為二維疊加波紋結構層，其沿x向和y向具有相同的疊加波構型，由x方向的疊加波沿著y方向的疊加波掃掠而成。

其中，x向和y向的疊加波構型由兩條振幅相同波長不同的余弦或正弦曲線疊加而成。

余弦曲線方程為：

其中，A_i為余弦曲線的振幅，λ_1i為一級余弦曲線的波長，λ_2i為二級余弦曲線的波長，λ_1i與λ_2i的比值為m，m為大于等于3的奇數，m越大，二階波谷/波峰越多，有利于應力的均勻化分布及能量吸收性能的提升；i的取值為1～n，n為二維疊加波紋層的總層數；且m和n均為正整數。

正弦曲線方程為：

優選地，波紋結構層的高度沿z向從上至下呈梯度G分布；即為高度梯度分布的二維疊加波紋結構層。