[發(fā)明專利]一種局部致密蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114347585B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石姍姍;孫直;陳秉智;張佳森;呂航宇;程功
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué);大連理工大學(xué)
• 主分類號: B32B15/00
• 分類號: B32B15/00;B32B15/04;B32B9/02;B32B9/04;B32B17/02;B32B17/06;B32B33/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明提供了一種局部致密蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)，該夾芯板的芯體結(jié)構(gòu)是在普通均勻蜂窩結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進行局部致密處理。蜂窩芯體中局部致密結(jié)構(gòu)的存在破壞了芯體的均勻性，改變了壓縮載荷作用下夾芯板結(jié)構(gòu)的載荷傳遞路徑，降低結(jié)構(gòu)中存在的應(yīng)力集中，并且增加了面芯粘接面積，提升結(jié)構(gòu)的能量吸收。試驗結(jié)果顯示，該局部致密蜂窩芯體的碳纖維夾芯結(jié)構(gòu)能夠使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)同破壞效應(yīng)，在夾芯板結(jié)構(gòu)峰值載荷變動幅度較小的情況下，顯著提升結(jié)構(gòu)的比吸能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料局部致密蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在保證輕質(zhì)、不損傷蒙皮的前提下，能夠有效提高結(jié)構(gòu)的能量吸收。

背景技術(shù)

蜂窩材料由連續(xù)的多墻面排列和六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，該結(jié)構(gòu)能夠有效分散來自各個方向的外力，從而使得蜂窩結(jié)構(gòu)對擠壓的抵抗比其他形狀的結(jié)構(gòu)高得多。以蜂窩為芯體的夾芯板具有質(zhì)量輕、比剛度、比強度高等特點，且在承受載荷壓縮至一個更加穩(wěn)定的狀態(tài)前，可以吸收很大的能量并保護其他結(jié)構(gòu)免受損壞。因此蜂窩芯體夾芯板作為一種保護結(jié)構(gòu)的材料，廣泛應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域，如航空、航天、汽車、包裝、船舶、軍事、交通、建筑等。然而，以往通過改變芯體結(jié)構(gòu)來改變夾芯板力學(xué)性能的實例中存在芯體制作工藝過于復(fù)雜、整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能欠佳等諸多問題，目前對于蜂窩芯體夾芯結(jié)構(gòu)更多力學(xué)性能的發(fā)掘仍然有很大的空間。

本發(fā)明受二維材料石墨烯中褶皺狀蜂窩結(jié)構(gòu)的磷烯所啟發(fā)，基于超折疊單元理論和引入初始損傷的設(shè)想，在原來均勻蜂窩芯體的基礎(chǔ)上，進行局部致密處理。蜂窩芯體中局部致密結(jié)構(gòu)的存在破壞了芯體的均勻性，改變了壓縮載荷作用下夾芯板結(jié)構(gòu)的載荷傳遞路徑，降低結(jié)構(gòu)中存在的應(yīng)力集中，并且增加了面芯粘接面積，提升結(jié)構(gòu)的能量吸收。試驗結(jié)果顯示，該局部致密蜂窩芯體的碳纖維夾芯結(jié)構(gòu)能夠使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)同破壞效應(yīng)，在夾芯板結(jié)構(gòu)峰值載荷變動幅度較小的情況下，顯著提升結(jié)構(gòu)的比吸能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對復(fù)合材料夾芯板如何在吸能方面使其發(fā)揮出更大優(yōu)勢的問題，提供一種局部致密蜂窩芯體的碳纖維夾芯結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種局部致密蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)，包括上蒙皮1、下蒙皮4、蜂窩芯體2、局部致密結(jié)構(gòu)3；所述的上蒙皮1和下蒙皮4為金屬材質(zhì)或碳纖維、玻璃纖維制成的復(fù)合材料；所述的蜂窩芯體2由無上下表面、橫截面為多邊形的柱體單胞組成；所述的蜂窩芯體2由金屬材料、有機高分子材料或碳纖維制成。

所述的局部致密結(jié)構(gòu)3由孔洞材料擠壓形成；所述的局部致密結(jié)構(gòu)3和蜂窩芯體2一體化成型，形成局部致密蜂窩芯體。

所述的局部致密蜂窩芯體與上蒙皮1和下蒙皮4，各部分通過樹脂固化連接形成局部致密蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)。

局部致密蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)通過在模具中依次鋪設(shè)下蒙皮4、局部致密蜂窩芯體、上蒙皮1，經(jīng)熱壓固化整體一次性成型。

為保證局部致密結(jié)構(gòu)3發(fā)揮蒙皮與蜂窩芯體2的協(xié)同作用，局部致密結(jié)構(gòu)3之間間隔不不小于二個蜂窩芯體2單胞、不大于五個蜂窩芯體2單胞，水平方向局部致密結(jié)構(gòu)與豎直方向局部致密結(jié)構(gòu)相垂直，整體局部致密結(jié)構(gòu)呈格子狀分布。

為保證局部致密蜂窩芯體起到良好的局部致密效果，所述的局部致密蜂窩芯體表面上，局部致密結(jié)構(gòu)3在蜂窩芯體2中水平、豎直兩個方向至少各有兩條；局部致密結(jié)構(gòu)在芯體面積中占比不得小于0.19％；被局部致密結(jié)構(gòu)劃分出的各個芯體區(qū)域蜂窩單胞總數(shù)不得少于六個。

所述局部致密蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)根據(jù)工程需要制成板、梁或吸能管結(jié)構(gòu)形式。

本發(fā)明使用局部致密蜂窩芯體的碳纖維夾芯結(jié)構(gòu)，能夠在不損傷蒙皮的前提下，增加芯體與蒙皮的接觸面積，進而增強面芯粘接效果；局部致密結(jié)構(gòu)的存在改變了結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中位置和力的傳遞路徑，使得結(jié)構(gòu)在受壓過程中實現(xiàn)蒙皮與芯體協(xié)同壓潰，最終大幅提高結(jié)構(gòu)的能量吸收值；同時，結(jié)構(gòu)質(zhì)量利用率高，因此能節(jié)省材料，經(jīng)濟效益好。