本發(fā)明屬于夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備領(lǐng)域，具體涉及一種方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

蜂窩點陣結(jié)構(gòu)作為一種二維周期多孔結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)外均已有所研究。其中方形蜂窩點陣結(jié)構(gòu)具有較為理想壓縮和剪切性能，相對于波紋、三維桿件等點陣結(jié)構(gòu)具有明顯承載優(yōu)勢；同時在爆炸沖擊載荷作用下，方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出較為顯著的性能優(yōu)勢。盡管方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的多孔材料/結(jié)構(gòu)體系中具有最優(yōu)承載能力，但其胞元結(jié)構(gòu)的封閉性制約了其多功能化應(yīng)用。同時，在大型鋼結(jié)構(gòu)的加工和制備中，氬弧焊無法在方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的封閉胞元中開展。此外，在潮濕環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生銹蝕，而方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中封閉的胞元結(jié)構(gòu)不利于實施維修和防護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，集承載、抗沖擊、多功能應(yīng)用一體，在大型鋼結(jié)構(gòu)的加工和制備中焊接工藝成熟，克服復(fù)雜環(huán)境中內(nèi)部結(jié)構(gòu)銹蝕問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟：

s1、將平整過的金屬板切割成若干矩形金屬板條，然后在所述矩形金屬板條寬度方向上開設(shè)若干插槽；

s2、將步驟s1制備的多個所述金屬板條拼裝成方形蜂窩結(jié)構(gòu)，采用焊接方式制成蜂窩芯體；

s3、將平整過的金屬板切割成若干矩形金屬板，制備成前側(cè)面板和后側(cè)面板，根據(jù)步驟s2制備的所述蜂窩芯體中胞元位置確定所述后側(cè)面板中開孔的位置，在所述后側(cè)面板上開方孔；

s4、將步驟s2制備的所述方形蜂窩芯體和步驟s3制備的所述前側(cè)面板和后側(cè)面板焊接制成單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，步驟s1中，所述金屬板條的厚度為0.5～5mm，每個所述金屬板條的寬度方向均開有若干插槽，所述插槽的深度為所述矩形金屬板條寬度的一半，所述插槽的寬度大于所述金屬板條厚度的0.05～0.2mm。

優(yōu)選的，步驟s3中，所述前側(cè)面板和后側(cè)面板的厚度為0.5～10mm。

優(yōu)選的，步驟s2和s4中，先分別對所述金屬板條、前側(cè)面板和后側(cè)面板進行清洗去除表面的油污和銹跡，然后在40～50℃烘箱中烘干備用。

優(yōu)選的，所述金屬板的材質(zhì)包括碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金和鈦合金。

優(yōu)選的，所述焊接采用釬焊或氬弧焊方式，所述釬焊的真空度為10^-2pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃，保溫10～60min。

一種方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，包括前側(cè)面板和后側(cè)面板，所述前側(cè)面板和后側(cè)面板之間設(shè)置有若干金屬板條，若干所述金屬板條相互垂直成點陣結(jié)構(gòu)構(gòu)成方形的蜂窩芯體，所述蜂窩芯體的每個窩巢組成一個獨立的單胞，所述后側(cè)面板上對應(yīng)每個所述單胞處均開有方孔。

優(yōu)選的，所述后側(cè)面板上開設(shè)的每個所述方孔的大小相同。

優(yōu)選的，所述方孔的面積占所述后側(cè)面板面積的0～50％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明公開一種方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備方法，利用嵌鎖工藝制備方形蜂窩芯體，通過芯體中胞元位置，確定單側(cè)面板中開孔的位置，所開方孔與方形蜂窩單胞的幾何中心重合，采用釬焊或氬弧焊將芯體與前后兩側(cè)面板焊接成方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，制備得到集承載、抗沖擊、多功能應(yīng)用一體，在大型鋼結(jié)構(gòu)的加工和制備中焊接工藝成熟，克服復(fù)雜環(huán)境中內(nèi)部結(jié)構(gòu)銹蝕問題的改進型方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，該制備方法過程簡單，工藝成熟，克服了傳統(tǒng)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)胞元封閉性導(dǎo)致的焊接問題，便于批量生產(chǎn)。

進一步的，插槽深度為矩形金屬板條寬度的一半，插槽寬度大于金屬板條厚度的0.05～0.2mm，便于拼裝且不影響結(jié)構(gòu)構(gòu)型的精度和穩(wěn)定性。

本發(fā)明還公開一種方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，由前側(cè)面板、蜂窩芯體和后側(cè)面板組成，在后側(cè)面板上對應(yīng)蜂窩芯體的單胞開設(shè)若干方孔，相較于傳統(tǒng)方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層在保證結(jié)構(gòu)承載、抗沖擊優(yōu)勢不變甚至提升的同時，通過在單側(cè)面板開方孔，克服了封閉胞元結(jié)構(gòu)對傳統(tǒng)方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中的制約。

進一步的，前后側(cè)面板的分離使其能承受更多拉壓力，提高了抗彎剛度，而蜂窩芯體主要承受剪力，提高了結(jié)構(gòu)抗剪能力，所開設(shè)方孔在保證結(jié)構(gòu)承載、抗沖擊優(yōu)勢不變的同時改善了制備工藝。

進一步的，根據(jù)現(xiàn)有實驗結(jié)果，在方孔面積占后側(cè)面板面積0～50％時該結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)傳統(tǒng)方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)承載能力均有所提升。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方形蜂窩芯體組裝示意圖；

圖2為本發(fā)明單側(cè)面板開孔的方形蜂窩夾層三明治結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明夾層三明治結(jié)構(gòu)強度隨后側(cè)面板開孔面積比變化的趨勢示意圖。

其中：1.金屬板條；2.蜂窩芯體；3.前側(cè)面板；4.后側(cè)面板。

具體實施方式

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

請參閱圖1和圖2，本發(fā)明提供了一種單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，包括前側(cè)面板3和后側(cè)面板4，所述前側(cè)面板3和后側(cè)面板4之間設(shè)置有若干金屬板條1，若干所述金屬板條1相互垂直設(shè)置構(gòu)成方形的蜂窩芯體2，所述蜂窩芯體2的每個蜂窩組成一個獨立的單胞，所述后側(cè)面板4上對應(yīng)每個所述單胞處均開有方孔。

每個所述金屬板條1的寬度方向均開有若干插槽，所述插槽的深度為所述矩形金屬板條1寬度的一半，所述插槽的寬度大于所述金屬板條1厚度的0.05～0.2mm。

所述方孔與所述單胞的幾何中心重合。

所述后側(cè)面板4上開設(shè)的每個所述方孔的大小相同。

所述方孔的面積占所述后側(cè)面板4面積的0～50％；

本發(fā)明還公開了一種單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

s1、首先，用剪板機將平整過的厚度為0.5mm～5mm的金屬板切割成若干矩形金屬板條，然后采用電火花線切割在矩形金屬板條寬度方向開設(shè)若干插槽；

其中插槽深度為矩形金屬板條寬度的一半，插槽寬度大于金屬板條厚度的0.05～0.2mm；

s2、將步驟s1制備的所述金屬板條拼裝成方形蜂窩結(jié)構(gòu)形成方形蜂窩芯體，并對方形蜂窩芯體的拼接處進行焊接；

s3、用剪板機將平整過的厚度為0.5～10mm的金屬板切割成若干矩形金屬板，制備前側(cè)面板和后側(cè)面板，通過方形蜂窩點陣結(jié)構(gòu)芯體中胞元位置，確定后側(cè)面板中開孔的位置，使用電火花線切割在后側(cè)面板上開方孔，所開方孔與方形蜂窩單胞幾何中心重合；

s4、將步驟s2制備的所述方形蜂窩芯體和步驟s3制備的所述前側(cè)面板和后側(cè)面板焊接得到單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述金屬板材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金。

優(yōu)選的，所述焊接技術(shù)為釬焊或氬弧焊。

實施例1：

1)首先，用剪板機將平整過的0.5mm不銹鋼板切割成若干適當(dāng)尺寸的矩形金屬板條，然后采用電火花線切割在矩形金屬板條寬度方向開設(shè)若干插槽，其中插槽深度為矩形金屬板條寬度的一半，插槽寬度大于金屬板條厚度的0.05～0.2mm，余量是為了便于拼裝且不影響結(jié)構(gòu)構(gòu)型的精度和穩(wěn)定性；

2)其次，將切割完成的金屬板條在超聲清洗機中加入金屬清洗劑進行清洗，去除其表面的油垢和銹跡，然后在40～50℃烘箱中進行烘干，將烘干后的開設(shè)有插槽的金屬板條拼裝成方形蜂窩結(jié)構(gòu)芯體，在拼插處均勻涂抹nicr25p10釬焊膏，在烘箱中40～50℃烘干，然后將上述結(jié)構(gòu)裝入高溫釬焊爐中進行焊接，焊接完成后緩冷至室溫出爐得到方形蜂窩芯體；

所述釬焊：真空度控制在10^-2pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10～60min；

3)然后，用剪板機將厚度為1mm的不銹鋼板切割成適當(dāng)尺寸矩形金屬板作為前側(cè)面板與后側(cè)面板；通過方形點陣結(jié)構(gòu)的蜂窩芯體中胞元位置確定后側(cè)面板中的開孔位置，通過電火花線切割在后側(cè)面板上開方孔，使所開方孔與方形蜂窩單胞幾何中心重合，所開方孔面積占后面板面積的25％；

4)將前側(cè)面板與后側(cè)面板在超聲清洗機中加入金屬清洗劑進行清洗，以去除其表面的油垢和銹跡，然后在40～50℃烘箱中進行烘干，然后將烘干后的前側(cè)面板、后側(cè)面板與焊接完成的方形蜂窩芯體組裝在一起，并在結(jié)合位置均勻涂抹nicr25p10釬焊膏，在烘箱中40～50℃烘干，然后將上述結(jié)構(gòu)裝入高溫釬焊爐中進行焊接，焊接完成后緩冷至室溫出爐得到單側(cè)面板開孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)；

所述釬焊：真空度控制在10^-2pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10min。

實施例2：

1)首先，用剪板機將平整過的1mm鋁合金板切割成若干適當(dāng)尺寸的矩形金屬板條，然后采用電火花線切割在矩形金屬板條寬度方向開設(shè)若干插槽，其中插槽深度為矩形金屬板條寬度的一半，插槽寬度大于金屬板條厚度的0.05～0.2mm，余量是為了便于拼裝且不影響結(jié)構(gòu)構(gòu)型的精度和穩(wěn)定性；

2)其次，將切割完成的金屬板條在超聲清洗機中加入金屬清洗劑進行清洗，去除其表面的油垢和銹跡，然后在40～50℃烘箱中進行烘干，將烘干后的開設(shè)有插槽的金屬板條拼裝成方形蜂窩芯體，在拼插處均勻涂抹市售的鋁釬焊膏，在烘箱中40～50℃烘干，然后將上述結(jié)構(gòu)裝入高溫釬焊爐中進行焊接，焊接完成后緩冷至室溫出爐得到方形蜂窩芯體；

所述釬焊：真空度控制在10^-2pa，以1℃/min速度自室溫升溫至550～600℃保溫10～20min。

3)然后，用剪板機將厚度為2mm的鋁合金板切割成適當(dāng)尺寸矩形金屬板作為前側(cè)面板與后側(cè)面板；通過方形蜂窩芯體中胞元位置，確定后面板中開孔位置，通過電火花線切割在后面板上開方孔，使所開方孔與方形蜂窩單胞幾何中心重合，所開方孔面積占后面板面積的40％。

4)將前側(cè)面板與后側(cè)面板在超聲清洗機中加入金屬清洗劑進行清洗，以去除其表面的油垢和銹跡，然后在40～50℃烘箱中進行烘干。然后采用氬弧焊依次將前側(cè)面板、后側(cè)面板與方形蜂窩芯體焊接得到單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。

圖3為芯體高度與蜂窩夾層梁長度比為0.1條件下，結(jié)構(gòu)強度隨后側(cè)面板開孔面積比變化的趨勢，其中橫坐標為后側(cè)面板開孔面積與原面積之比，縱坐標為三點彎曲下結(jié)構(gòu)的強度。后側(cè)面板開孔面積與原面積之比為0表示該橫坐標下結(jié)構(gòu)為未開孔的傳統(tǒng)方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。圖中v為三點彎曲下梁中的剪力，m為三點彎曲下梁中的彎矩，e為梁結(jié)構(gòu)母材的楊氏模量。

通過實驗測得，在靜態(tài)壓縮下，開孔面積占后側(cè)面板面積25％的單側(cè)面板開方孔的方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)強度提高30％，同時具備可實現(xiàn)多功能應(yīng)用、在大型鋼結(jié)構(gòu)的加工和制備中焊接工藝成熟、克服復(fù)雜環(huán)境中內(nèi)部結(jié)構(gòu)銹蝕問題的優(yōu)勢。

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護范圍之內(nèi)。