一種含n型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本應(yīng)用新型涉及一種夾芯板結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，可廣泛用于土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)保護(hù)環(huán)境、保護(hù)資源、節(jié)約能源的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)建筑材料的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和多功能性的要求也日益提升。輕質(zhì)高強(qiáng)、減振隔振的多功能建筑板材設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用已成為眾多研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的建筑材料主要有水泥、鋼材和木材，這些材料不僅自重大，而且難以實(shí)現(xiàn)人們?nèi)找孀非蟮慕ㄖ牧隙喙δ艿男枨螅滦徒ㄖ牧系难芯颗c設(shè)計(jì)已經(jīng)迫在眉睫。
[0003]近年來，一種含夾層的點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)受到人們的廣泛關(guān)注。桁架型夾芯板上面板和下面板中間的芯體是由結(jié)點(diǎn)和連接結(jié)點(diǎn)的桿件組成的網(wǎng)架體系，具有質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、高能量吸收等優(yōu)良特性，是當(dāng)前國(guó)際上認(rèn)為最具發(fā)展前途的新一代超強(qiáng)韌輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。工業(yè)與軍事應(yīng)用表明，與常用的金屬結(jié)構(gòu)相比，具有相同性能的點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)能夠減重達(dá)70%。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)的特性可以滿足航海、航空和航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于輕質(zhì)的要求，在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)有效減輕了結(jié)構(gòu)的自重。
[0004]然而，當(dāng)前的大部分含夾層點(diǎn)陣夾芯板對(duì)特定頻率段的振動(dòng)或波動(dòng)的抑制問題缺乏針對(duì)性的設(shè)計(jì)。N型夾層點(diǎn)陣夾芯板是一種典型的周期結(jié)構(gòu)，彈性波在其中傳播時(shí)會(huì)形成能帶結(jié)構(gòu)，通過夾芯板幾何參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以使能帶之間出現(xiàn)頻率禁帶。在頻率禁帶對(duì)應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，振動(dòng)將無法傳播。
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)難以同時(shí)滿足輕質(zhì)高強(qiáng)和減振隔振要求的不足，提供一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型提供了一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，夾芯板是由一個(gè)單胞在平面方向陣列所得到的，單胞包括上下面板和中間的桁架型芯體，中間的芯體由8根圓形桿件組成，4根直桿起到支撐上下面板的作用，每?jī)筛睏U之間又增加了一根斜桿，對(duì)芯體起到一個(gè)加固的作用，芯體看似由4個(gè)N形構(gòu)件組合而成。
[0008]所述夾芯板具有周期性，最小周期性單元稱為單胞。
[0009]所述單胞的芯體由桿件組成，其中4根為直桿，4根為斜桿，桿件均為圓形截面，芯體呈桁架構(gòu)型。
[0010]所述單胞的由8根桿件組成的桁架型芯體陣列地分布于上下面板之間。
[0011]所述芯體的斜桿與其連接的兩根直桿在同一平面內(nèi)，且該平面與夾芯板的兩條邊界平行，與另外兩條邊界垂直。
[0012]所述的夾芯板的面板和芯體的材料均為同種材料，芯體的寬度與最小周期尺寸之比在0.4到0.6之間；芯體的高度與最小周期尺寸之比在0.5到0.8之間；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必須小于芯體桿件的直徑。
[0013]本實(shí)用新型還提供了前述的含桁架型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0014]步驟I)，材料選擇:鋼材；
[0015]步驟2)，夾層制作:利用兩根直桿和一根斜桿，通過焊接形成一個(gè)N型構(gòu)件，再利用兩根斜桿和一根直桿，通過焊接形成一個(gè)倒N型構(gòu)件，將兩個(gè)構(gòu)件平行放置，通過兩根斜桿將其連接起來就形成了一個(gè)單胞的芯體；
[0016]步驟3)，將芯體陣列于兩塊矩形鋼板之間，并通過焊接的方式將面板和芯體連接起來。
[0017]還包括步驟4)，方法的適用性:針對(duì)不同結(jié)構(gòu)禁帶特性的要求，重復(fù)步驟I)-步驟3)，形成滿足結(jié)構(gòu)減振隔振特性要求的含桁架型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是在滿足結(jié)構(gòu)輕質(zhì)、高強(qiáng)要求的同時(shí)，獲得了低頻較寬的頻率禁帶，能夠有效實(shí)現(xiàn)特定頻率范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的減振隔振要求。結(jié)構(gòu)的材料均為鋼材，芯體由一根根桿件組成，因此加工較為簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0019]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本實(shí)用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定，其中:
[0020]圖1是N型周期點(diǎn)陣夾芯板的示意圖；
[0021]圖2是周期點(diǎn)陣夾芯板的單胞示意圖(a)整體圖、(b)截面圖；
[0022]圖3是芯體的示意圖；
[0023]圖4是芯體桿件的示意圖；(a)整體圖、(b)截面圖；
[0024]圖5是金字塔型夾芯板的單胞示意圖(a)整體圖、(b)截面圖；
[0025]圖6是金字塔型周期點(diǎn)陣夾芯板的能帶結(jié)構(gòu)圖(a = 0.2m，t = 0.005m，d = 0.01m，h = I = 0.lm)；
[0026]圖7是N型夾層的周期點(diǎn)陣夾芯板的能帶結(jié)構(gòu)圖(a = 0.2m，t = 0.005m，d =0.01m，h = I = 0.lm)；
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028]如圖1所示出的一種N型周期點(diǎn)陣夾芯板，包括面板1，上下面板I之間有夾層2，面板I與夾層2為同種材料。
[0029]如圖2所示出的，夾芯板是由單胞在平面方向陣列所形成的。
[0030]如圖3所不出的，芯體由8根桿件組成，4根為直桿，4根為斜桿，I根斜桿與其相鄰的兩根斜桿形成的構(gòu)型類似字母“N”。
[0031]如圖4所示出的，芯體組成的桿件為圓形截面桿。
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的制作方法進(jìn)行詳細(xì)描述，包括以下步驟:
[0033]步驟I ;選擇合適的材料；面板I與芯體2選擇同種金屬材料，比如鋼材或鋁材；
[0034]步驟2 ;制作N型夾層；利用兩根直桿和一根斜桿，通過焊接形成一個(gè)N型構(gòu)件，再利用兩根斜桿和一根直桿，通過焊接形成一個(gè)倒N型構(gòu)件，將兩個(gè)構(gòu)件平行放置，通過兩根斜桿將其連接起來就形成了一個(gè)單胞的芯體；圖2b中單胞俯視圖的邊長(zhǎng)是最小周期尺寸；芯體2的寬度與最小周期尺寸之比在0.4到0.6之間；芯體的高度與最小周期尺寸之比在0.5到0.8之間；
[0035]步驟3 ;將N型夾層焊接在面板I上；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必須小于芯體桿件的直徑。
[0036]步驟4 ;方法的適用性。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)禁帶特性要求，重復(fù)步驟1-步驟3，形成滿足結(jié)構(gòu)禁帶特性要求的N型周期點(diǎn)陣夾芯板。
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的闡述:
[0038]根據(jù)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)、高強(qiáng)和減振隔振特性的要求，選擇合適的夾層材料；本實(shí)施例中面板和芯體材料的泊松比為v=0.33，彈性模量為E = 2ellPa，密度是P = 7850Kg/m3；
[0039]N型夾層的周期點(diǎn)陣夾芯板的幾何尺寸如圖2所示；最小周期尺寸為a，芯體的寬度I與最小周期尺寸a之比在0.4到0.6之間；芯體的高度h與最小周期尺寸a之比在0.5到0.8之間，上下面板厚度t是最小周期尺寸a的是百分之一到二十分之一，且必須小于芯體桿件的直徑d ；
[0040]金字塔型周期點(diǎn)陣夾芯板的幾何尺寸如圖5所示；最小周期尺寸為a，芯體的寬度為1，芯體的高度為h，上下面板厚度為t，芯體桿件的直徑為d ;
[0041]在圖6、圖7所示的實(shí)施例中，圖6為含完好夾層的金字塔型周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖，圖7為含N型夾層的周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。圖中橫坐標(biāo)為簡(jiǎn)約波矢量，縱坐標(biāo)為頻率，陰影部分表示禁帶(即該頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)在結(jié)構(gòu)中的傳播被抑制)。對(duì)于金字塔型周期點(diǎn)陣夾芯板，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的禁帶范圍為610-658HZ，禁帶寬度是48Hz。對(duì)于N型夾層的周期點(diǎn)陣夾芯板，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的禁帶范圍是626-1256Hz，禁帶寬度是630Hz。由上述分析可以看出，根據(jù)本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的具有減振隔振功能的夾芯板結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)新型的芯體形式，能夠使周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較寬的禁帶，且禁帶的位置和寬度可以通過改變夾芯板的幾何尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0042]如上所述，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，包括上下面板和中間的桁架型芯體，其特征在于，夾芯板具有周期性，它由最小周期性單元一單胞組成，單胞的夾層是由8根圓形桿件組成，8根桿件組成的芯體呈桁架的構(gòu)型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，其特征在于，夾芯板具有周期性，最小周期性單元稱為單胞。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，其特征在于，單胞的芯體由桿件組成，其中4根為直桿，4根為斜桿，桿件均為圓形截面，芯體呈桁架構(gòu)型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，其特征在于，由8根桿件組成的桁架型芯體陣列地分布于上下面板之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，其特征在于，斜桿與其連接的兩根直桿在同一平面內(nèi)，且該平面與夾芯板的兩條邊界平行，與另外兩條邊界垂直。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一權(quán)利要求所述的一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，其特征在于，夾芯板的面板和芯體的材料均為同種材料一鋼材，芯體的寬度與最小周期尺寸之比在0.4到0.6之間；芯體的高度與最小周期尺寸之比在0.5到0.8之間；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必須小于芯體桿件的直徑。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及了一種含N型夾層的多功能周期點(diǎn)陣夾芯板結(jié)構(gòu)，夾芯板是由一個(gè)單胞在平面方向陣列所得到的，單胞包括上下面板和中間的桁架型芯體，中間的芯體由8根圓形桿件組成，4根直桿起到支撐上下面板的作用，每?jī)筛睏U之間又增加了一根斜桿，對(duì)芯體起到一個(gè)加固的作用，芯體看似由4個(gè)N形構(gòu)件組合而成。夾芯板的面板和芯體的材料均為同種材料，芯體的寬度與最小周期尺寸之比在0.4到0.6之間；芯體的高度與最小周期尺寸之比在0.5到0.8之間；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必須小于芯體桿件的直徑。本實(shí)用新型在滿足結(jié)構(gòu)輕質(zhì)、高強(qiáng)要求的同時(shí)，獲得了低頻較寬的頻率禁帶，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的減振隔振。結(jié)構(gòu)的材料均為鋼材，芯體由一根根桿件組成，因此加工較為簡(jiǎn)單。
【IPC分類】E04C2/34, E04B1/98
【公開號(hào)】CN204919983
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520503151
【發(fā)明人】于桂蘭, 吳俊男, 劉聲修
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日