[發(fā)明專利]一種胞內(nèi)遞進(jìn)式層級類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110287513.5
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113007583B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李響;蔡明杰;徐興興
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: F16S1/02
• 分類號: F16S1/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 李登橋

本發(fā)明提供了一種胞內(nèi)遞進(jìn)式層級類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，包括多組胞元結(jié)構(gòu)，各組胞元結(jié)構(gòu)依次排列連接組成類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，所述胞元結(jié)構(gòu)包括六邊形胞元件，在六邊形內(nèi)依次排列設(shè)有多圈圓形胞元件，由圓形胞元件分別向外延伸出多條胞元筋。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其是一種胞內(nèi)遞進(jìn)式層級類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

仿生學(xué)是一種廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的新興學(xué)科。自然界中的生物在億萬年的自然進(jìn)化中，為適應(yīng)環(huán)境，逐漸形成了各類結(jié)構(gòu)獨(dú)特、功能各異的材料，能以其獨(dú)特的力學(xué)性能很好地適應(yīng)環(huán)境，滿足其對功能的需求，這些材料被稱為天然生物材料。天然生物材料組成成分并不復(fù)雜，往往只是由一些簡單的元素組成，但這些材料構(gòu)成的獨(dú)特的層級結(jié)構(gòu)，其整體功能的適應(yīng)性是傳統(tǒng)材料無法比擬的。

作為一種中小型蕨類植物，問荊草（圖9）植株離地面距離很近，在自然環(huán)境下，會經(jīng)常受到一些大型動物的踩踏，但其莖稈所具有的的獨(dú)特結(jié)構(gòu)（圖10）提高了植株的抗壓性，使其具有一定的強(qiáng)度用以抵抗外界載荷。同時，這種類多胞結(jié)構(gòu)也為植株降低了密度及質(zhì)量，在極端惡劣天氣下，如臺風(fēng)等來臨時可以隨風(fēng)向搖擺，不至于輕易折斷，是一種很好的輕質(zhì)抗壓結(jié)構(gòu)。

甲蟲（圖11）作為一種小型昆蟲，其鞘翅質(zhì)量很輕，但是可以抵御一定的外力沖擊而不至于損傷甲蟲身體。對鞘翅進(jìn)行深入研究，可以觀察到甲蟲鞘翅的微觀結(jié)構(gòu)（圖12、13）中有許多中空微型圓柱補(bǔ)充在甲蟲鞘翅的結(jié)構(gòu)中。

從問荊草的莖秤以及甲蟲鞘翅兩種生物結(jié)構(gòu)中，均可以觀察到中空微型圓柱與外接肋板的組合結(jié)構(gòu)，將這種組成結(jié)構(gòu)提煉出來，得到仿生微圓結(jié)構(gòu)，并將微圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用于類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)之中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種胞內(nèi)遞進(jìn)式層級類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。

為了實現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種胞內(nèi)遞進(jìn)式層級類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括多組胞元結(jié)構(gòu)，各組胞元結(jié)構(gòu)依次排列連接組成類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，所述胞元結(jié)構(gòu)包括六邊形胞元件，在六邊形胞元內(nèi)依次排列設(shè)有多圈圓形胞元件，由圓形胞元件分別向外延伸出多條胞元筋，多條所述胞元筋的另一端與六邊形胞元件的內(nèi)頂角相連。

零級胞元為正六邊形。

一級胞元為零級形胞元內(nèi)設(shè)有一個圓形胞元，并滿足尺寸關(guān)系：d₁=2d₂；

式中：d₁為零級形胞元的邊長；d₂為一級胞元筋長。

二級胞元為一級胞元內(nèi)再設(shè)有一個圓形胞元，并滿足尺寸關(guān)系：d₁=2d₂=4d₃；

式中：d₁為零級形胞元的邊長；d₂為一級胞元筋長；d₃為二級胞元筋長。

所述胞元結(jié)構(gòu)有n級，n=2，3，4…，且每級的胞元筋長度滿足d_n/d _(n-1) =1/2。

胞元結(jié)構(gòu)的壁厚都相等。

本發(fā)明有如下有益效果：

本發(fā)明以天然材料的層級結(jié)構(gòu)為原型，采用優(yōu)越的層級結(jié)構(gòu)性能，其局部破壞不會引起整個結(jié)構(gòu)的失效，不僅增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還將傳統(tǒng)均質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N胞內(nèi)遞進(jìn)式層級夾層結(jié)構(gòu)，不僅保證了結(jié)構(gòu)的整體相對密度，而且改善碰撞過程中的初始峰值應(yīng)力和吸能效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明二級胞元層級結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

圖2為本發(fā)明零級六胞元結(jié)構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明零級類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。