本發(fā)明涉及機(jī)械承載以及建筑材料領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種加強(qiáng)型蜂窩復(fù)合板。

背景技術(shù)：

鋁蜂窩復(fù)合板由于其質(zhì)量小、強(qiáng)度高、剛性好、隔熱等優(yōu)點(diǎn)，使其在汽車、航空航天、機(jī)械等領(lǐng)域的高質(zhì)量、高能耗裝備中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

鋁蜂窩復(fù)合板材由上、下面板以及中間蜂窩夾芯組成，承載過(guò)程中，上、下面板承受較大部分的彎矩，中間蜂窩夾芯承受主要的剪力。

一方面，傳統(tǒng)的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)以簡(jiǎn)單單元胞體結(jié)構(gòu)為主，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為單一，夾芯截面與上下面板的接觸面積小，使得蜂窩夾芯與面板的接觸強(qiáng)度偏低，容易導(dǎo)致面板與蜂窩芯剝離。

另一方面，目前單一的上、下面板設(shè)計(jì)難以滿足當(dāng)前快速發(fā)展的工業(yè)設(shè)計(jì)需求，傳統(tǒng)的上、下面板以單層的輕薄鋁板為主，對(duì)抵抗外部低速?zèng)_擊與彎曲的性能較弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高蜂窩復(fù)合板的力學(xué)承載能力的加強(qiáng)型蜂窩復(fù)合板。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種加強(qiáng)型蜂窩復(fù)合板，包括蜂窩芯、上面板、下面板，蜂窩芯包括若干六邊形單元胞體，六邊形單元胞體的外單元胞體內(nèi)衍生有若干層尺寸逐漸縮小的內(nèi)單元胞體，內(nèi)單元胞體與外單元胞體共軸，而且相對(duì)的邊平行，相對(duì)的角通過(guò)壁面連接。

作為優(yōu)選，上面板、下面板為復(fù)合纖維鋪層，復(fù)合纖維鋪層為纖維鋪層、支撐片、纖維鋪層的夾層結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，纖維鋪層包括多層交錯(cuò)重疊布置的纖維布。

作為優(yōu)選，纖維鋪層為上鋪層、橫向鋪層、下鋪層的多層結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，上鋪層、下鋪層包括多個(gè)鋪層單元，每個(gè)鋪層單元包括若干交錯(cuò)重疊布置的纖維布。

作為優(yōu)選，鋪層單元包括豎直鋪纖維布、兩個(gè)對(duì)稱交叉的斜向鋪纖維布；橫向鋪層為橫向鋪纖維布，橫向鋪纖維布與上鋪層、下鋪層的鋪層單元交錯(cuò)重疊于豎直鋪纖維布與斜向鋪纖維布的交叉位置。

作為優(yōu)選，蜂窩芯與上面板、蜂窩芯與下面板之間設(shè)置粘劑層。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述的加強(qiáng)型蜂窩復(fù)合板，對(duì)蜂窩芯進(jìn)行改進(jìn)，并通過(guò)加強(qiáng)型的復(fù)合纖維鋪層組合結(jié)構(gòu)，在抗彎、低速?zèng)_擊方面擁有較好的力學(xué)特性。本發(fā)明的蜂窩芯以傳統(tǒng)簡(jiǎn)單六邊形單元胞體為基礎(chǔ)進(jìn)行多孔演化，采用周期性衍生的設(shè)計(jì)思路，使最外層的外單元胞體內(nèi)部衍生相應(yīng)的內(nèi)單元胞體，具有較強(qiáng)的抗承載調(diào)節(jié)性和控制性，適合不同的外部承載條件。蜂窩芯的孔型增多且有規(guī)律排布，具有更加優(yōu)越的剛性強(qiáng)度和極限破壞載荷，其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)符合目前工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求，具有較好的輕量化特性。蜂窩芯的孔型增多，還增大了蜂窩芯與上面板、下面板的接觸面積，粘合力度更大，粘合更加緊密，降低了上面板、下面板與蜂窩芯剝離的損傷危害，提高了蜂窩復(fù)合板整體結(jié)構(gòu)在面外承載過(guò)程中的穩(wěn)定性。

上面板、下面板為復(fù)合纖維鋪層，具有比強(qiáng)度高，比模量大，可設(shè)計(jì)性、抗腐蝕性和耐久性能好、熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得復(fù)合纖維鋪層能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)承載向重載、輕質(zhì)高強(qiáng)等工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展。復(fù)合纖維鋪層的三層結(jié)構(gòu)可以有效的減緩上面板上表面的抗壓與下表面的抗拉帶來(lái)的損傷危害，一定程度上有效的提高了其抵抗低速?zèng)_擊以及彎曲的能力。鋪層單元交錯(cuò)式多方向鋪層方式，有效提高上面板、下面板在異向工況下的承載能力。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以適用于不同的領(lǐng)域承載條件與輕量化需求，能夠較好的表現(xiàn)其力學(xué)特性，可以應(yīng)用在機(jī)械承載、建筑材料與工業(yè)裝備設(shè)計(jì)等方面，應(yīng)用領(lǐng)域廣。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；

圖2是六邊形單元胞體的橫截面示意圖(衍生兩層內(nèi)單元胞體)；

圖3是蜂窩芯的橫截面示意圖(衍生兩層內(nèi)單元胞體)；

圖4是六邊形單元胞體的橫截面示意圖(衍生一層內(nèi)單元胞體)；

圖5是蜂窩芯的橫截面示意圖(衍生一層內(nèi)單元胞體)；

圖6是上面板、下面板(復(fù)合纖維鋪層)的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；

圖7是鋪層單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是纖維鋪層的結(jié)構(gòu)示意圖(只截取局部進(jìn)行示出)；

圖中：10是上面板，11是下面板，12是粘劑層，13是蜂窩芯，20是六邊形單元胞體，21是外單元胞體，22是內(nèi)單元胞體，23是壁面，30是纖維鋪層，301是上鋪層，302是下鋪層，303是橫向鋪層，31是支撐片，32是鋪層單元，321是豎直鋪纖維布，322是斜向鋪纖維布。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的易剝離、抵抗外部低速?zèng)_擊與彎曲的性能弱等不足，提供一種加強(qiáng)型蜂窩復(fù)合板，如圖1所示，包括蜂窩芯13、上面板10、下面板11，為了增加蜂窩芯13與上面板10、下面板11之間的粘合強(qiáng)度，在蜂窩芯13與上面板10、蜂窩芯13與下面板11之間設(shè)置粘劑層12，將蜂窩芯13、上面板10、下面板11粘合為一體，增強(qiáng)蜂窩芯13與上面板10、下面板11之間的粘合強(qiáng)度。

蜂窩芯13包括若干六邊形單元胞體20，為了增強(qiáng)蜂窩芯13的力學(xué)抗承載能力，本發(fā)明的蜂窩芯13以傳統(tǒng)簡(jiǎn)單六邊形單元胞體20為基礎(chǔ)進(jìn)行多孔演化，采用周期性衍生的設(shè)計(jì)思路，如圖2至圖5所示，六邊形單元胞體20的外單元胞體21內(nèi)衍生有若干層尺寸逐漸縮小的內(nèi)單元胞體22，內(nèi)單元胞體22與外單元胞體21共軸，而且相對(duì)的邊平行，相對(duì)的角通過(guò)壁面23連接。即最外層的外單元胞體21內(nèi)部衍生相應(yīng)的內(nèi)單元胞體22，則蜂窩芯13的橫截面呈仿生的蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)的蜂窩芯13相比，本發(fā)明所述的蜂窩芯13的孔型增多且有規(guī)律排布，表現(xiàn)出更加優(yōu)越的剛性強(qiáng)度和極限破壞載荷；質(zhì)量輕強(qiáng)度高的特點(diǎn)符合目前工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求，輕量化特性表現(xiàn)優(yōu)越。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)蜂窩芯13進(jìn)行多孔有規(guī)律的衍生變化，蜂窩芯13的孔型增多，增大了蜂窩芯13與上面板10、下面板11的接觸面積，粘合力度更大，粘合更加緊密，蜂窩芯13與上面板10、下面板11的接觸強(qiáng)度增大，降低了上面板10、下面板11與蜂窩芯13剝離的材料損傷危害，提高了蜂窩復(fù)合板整體結(jié)構(gòu)在面外承載過(guò)程中的穩(wěn)定性。

內(nèi)單元胞體22的尺寸大小可以由比例公式ψ₁＝L₁/L₀與ψ₂＝L₂/L₀確定。如圖2、圖3所示，其中L₀為最外層的外單元胞體21邊長(zhǎng)，L₁為次小級(jí)內(nèi)單元胞體22邊長(zhǎng)，L₂為最小級(jí)內(nèi)單元胞體22邊長(zhǎng)，構(gòu)型中有0≤L₂≤L₁，0≤ψ₂≤ψ₁恒成立。當(dāng)ψ₂＝0時(shí)，如圖4、圖5所示，外單元胞體21內(nèi)部只有一個(gè)內(nèi)單元胞體22。

則蜂窩芯13的相對(duì)密度公式可以用來(lái)表示。其中，t為蜂窩厚度。由相對(duì)密度公式可知，通過(guò)改變厚度t,大邊長(zhǎng)L₀,以及比例ψ₁的方式，可以確定其相對(duì)密度值，而結(jié)構(gòu)的相對(duì)密度決定了其動(dòng)態(tài)承載能力。由此，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的參數(shù)值來(lái)調(diào)節(jié)蜂窩芯13的相對(duì)密度，從而可以達(dá)到控制和調(diào)節(jié)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)承載能力，使得本發(fā)明的蜂窩芯13的應(yīng)用面更廣，力學(xué)性能可控性強(qiáng)，達(dá)到較好改善其力學(xué)抗承載能力的目的。

本發(fā)明的上面板10、下面板11為復(fù)合纖維鋪層，如圖6所示，復(fù)合纖維鋪層為纖維鋪層30、支撐片31、纖維鋪層30的夾層結(jié)構(gòu)。其中，復(fù)合纖維鋪層具有比強(qiáng)度高，比模量大，可設(shè)計(jì)性、抗腐蝕性和耐久性能好，熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，使得復(fù)合纖維鋪層能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)承載向重載、輕質(zhì)高強(qiáng)等工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展。支撐片31(如薄鋁片)上下表面均貼附著復(fù)合纖維鋪層，當(dāng)本發(fā)明所述的蜂窩復(fù)合板承力時(shí)，上面板10最先受到力的作用，通過(guò)復(fù)合纖維鋪層對(duì)支撐片31的兩面進(jìn)行適當(dāng)強(qiáng)化，可以有效的減緩上面板10上表面的抗壓與下表面的抗拉帶來(lái)的損傷危害，一定程度上有效的提高了其抵抗低速?zèng)_擊以及彎曲的能力。

其中，纖維鋪層30包括多層交錯(cuò)重疊布置的纖維布，采用交錯(cuò)式多方向鋪層方式，有效提高面板異向工況下的承載能力。如圖7、圖8所示，纖維鋪層30為上鋪層301、橫向鋪層303、下鋪層302的多層結(jié)構(gòu)。上鋪層301、下鋪層302包括多個(gè)鋪層單元32，每個(gè)鋪層單元32包括若干交錯(cuò)重疊布置的纖維布。鋪層單元32包括豎直鋪纖維布321、兩個(gè)對(duì)稱交叉的斜面鋪纖維布322；橫向鋪層303為橫向鋪纖維布，橫向鋪纖維布與上鋪層301、下鋪層302的鋪層單元32交錯(cuò)重疊于豎直鋪纖維布321與斜面鋪纖維布322的交叉位置。其中，斜面鋪纖維布322與豎直鋪纖維布321之間形成的鋪設(shè)角度、材料類型、纖維層數(shù)、厚度等可根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)施。鋪層單元32的纖維布與纖維布之間、鋪層單元32的纖維布與支撐板之間均可通過(guò)增強(qiáng)型環(huán)氧樹(shù)脂等粘劑充分粘貼。本實(shí)施例中，纖維布可包括玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(AFRP)等。

纖維鋪層30的交錯(cuò)式多方向鋪層結(jié)構(gòu)，一方面可提高上鋪層301、橫向鋪層303、下鋪層302之間的接觸強(qiáng)度，提高纖維材料的鋪層強(qiáng)化作用，另一方面可均勻提高粘貼上面板10、下面板11不同方向的力學(xué)承載。本發(fā)明中通過(guò)蜂窩芯13的結(jié)構(gòu)與纖維鋪層30的材料分布相結(jié)合，使其較傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)在面外承載狀態(tài)下表現(xiàn)出更加優(yōu)越的力學(xué)性能。綜合纖維增強(qiáng)型的上面板10、下面板11與蜂窩芯13的設(shè)計(jì)，本發(fā)明的蜂窩復(fù)合板抵御低速?zèng)_擊與抗彎的能力得到整體提高。

本發(fā)明從蜂窩芯13和上面板10、下面板11出發(fā)，對(duì)蜂窩復(fù)合板(如鋁制蜂窩復(fù)合板)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，且區(qū)別于傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，整體上改善了傳統(tǒng)鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的抗承載能力。本發(fā)明所述的蜂窩復(fù)合板可以應(yīng)用到任何相關(guān)的承載性復(fù)合板中，例如墻體復(fù)合板，復(fù)合地板等。

上述實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作對(duì)本發(fā)明的限定。只要是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、變型等都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。