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一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板及其制備方法與流程

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一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板及其制備方法與流程

本發(fā)明屬于超輕多孔金屬材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板及其制備方法,特別是一種具抗爆功能的三維點(diǎn)陣芯體夾層結(jié)構(gòu)材料。



背景技術(shù):

點(diǎn)陣材料因其微結(jié)構(gòu)的特殊性,使其具有優(yōu)異的力學(xué)性能。經(jīng)過(guò)近20年的研究,點(diǎn)陣材料已經(jīng)在航天、航空、航海及陸上交通運(yùn)輸工具的設(shè)計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中,抗爆性能是衡量點(diǎn)陣芯體夾層結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究者的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn),蜂窩芯體點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)的抗爆性能優(yōu)于諸如波紋、金字塔等芯體結(jié)構(gòu)。在吸收爆炸沖擊波的過(guò)程中,夾層結(jié)構(gòu)通過(guò)面板的彎曲、拉伸和破壞,以及芯體結(jié)構(gòu)的壓縮和剪切變形來(lái)吸收能量。由于爆炸載荷下會(huì)發(fā)生剪切變形,傳統(tǒng)蜂窩芯體與面板連接處的破壞往往成為制約該結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能發(fā)揮的主要制約因素。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種便于裝配連接的具有優(yōu)異抗爆性能的三維點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)。采用梯形直管既可以增大與面板接觸面積、提高連接強(qiáng)度,又可以提高夾層結(jié)構(gòu)面內(nèi)剪切強(qiáng)度。與此同時(shí),采用將平行四邊形斜管插入梯形直管空隙中,即可增強(qiáng)芯體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,又可提高夾層結(jié)構(gòu)面外壓縮強(qiáng)度。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:

一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板,從上到下設(shè)置有上面板、第二層直管組件、斜管、第一層直管組件和下面板,所述第二層直管組件和第一層直管組件分別由若干直管鋪設(shè)而成,所述第二層直管組件的直管沿水平方向設(shè)置,所述第一層直管組件的直管沿與所述第二層直管組件的直管正交的水平方向設(shè)置,所述斜管設(shè)置在所述第二層直管組件和第一層直管組件之間,形成所述管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體。

進(jìn)一步的,所述直管的橫截面為等腰梯形,若干所述直管等間距設(shè)置。

進(jìn)一步的,所述斜管的橫截面為平行四邊形,四個(gè)所述斜管組成相互支撐的金字塔空心管點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的,所述管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板由碳鋼、不銹鋼、純鋁、鋁合金或鈦合金中的任一種材料制備而成。

一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板制備方法,包括以下步驟:

S1、首先將平整過(guò)的板材切割成上面板和下面板;

S2、再分別將梯形管材切割成梯形直管,將平行四邊形管材切割成平行四邊形斜管;

S3、然后將步驟S1和S2所述上面板、下面板、直管及斜管放入烘干機(jī)內(nèi)烘干備用;

S4、將多個(gè)所述直管按設(shè)定間距并排組裝形成第一層直管組件,且相鄰兩直管之間呈相互倒立排列方式;

S5、在步驟S4所述第一層直管組件上表面按設(shè)定間距正交鋪設(shè)多個(gè)所述直管構(gòu)成第二層直管組件,且相鄰兩直管之間呈倒立排列方式;

S6、將步驟S3制備的所述斜管插入步驟S5所述第一層直管組件和第二層直管組件的間隙中,形成緊密排布的管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體;

S7、將步驟S6制備的所述管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體與步驟S3制備的所述上面板和下面板連接制成管狀復(fù)合芯體夾層板。

進(jìn)一步的,步驟S1中,所述上面板1和下面板4的厚度不等。

進(jìn)一步的,步驟S3中,將所述上面板、下面板、直管及斜管放入超聲波清洗機(jī)中,保持水溫40~60℃,清洗0.5~1h去除表面附著物后再進(jìn)行烘干處理。

進(jìn)一步的,步驟S7中,在所述直管和直管的接觸面、直管和斜管的接觸面以及直管、斜管與上下面板的接觸面均勻涂抹焊劑,采用真空釬焊、感應(yīng)釬焊或鹽浴釬焊將所述上面板、管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體和下面板連接成一體。

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)明提供一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板,通過(guò)在上面板和下面板之間使用相互正交的第一層直管組件和第二層直管組件來(lái)增強(qiáng)芯體與面板的連接強(qiáng)度,進(jìn)而提高夾層結(jié)構(gòu)的面內(nèi)剪切強(qiáng)度20%以上和面外壓縮強(qiáng)度20%以上,最終提高夾層結(jié)構(gòu)的綜合抗爆性能。

進(jìn)一步的,正交梯形直管在夾層結(jié)構(gòu)受面外爆炸載荷作用時(shí),提供穩(wěn)定的面內(nèi)剪切抗力,可以有效地提高整體結(jié)構(gòu)抗爆抗沖擊性能。

進(jìn)一步的,芯體中四個(gè)斜管組成相互支撐的金字塔空心管點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的面外壓縮性能。

進(jìn)一步的,該結(jié)構(gòu)選用碳鋼、不銹鋼、純鋁、鋁合金或鈦合金等金屬作為母材,大大降低了結(jié)構(gòu)的制備難度,同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明還公開一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板制備方法,用正交梯形直管組成兩層直管組件,并在兩層直管組件之間的空隙中鑲插平行四邊形斜管裝配組成抗爆吸能結(jié)構(gòu)芯體,操作方法簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)和制備工藝可靠,適合于車輛受強(qiáng)動(dòng)載荷下的防雷抗爆需求。

進(jìn)一步的,上下面板的厚度不等,可以進(jìn)一步芯體夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。

進(jìn)一步的,本發(fā)明采用真空釬焊技術(shù)進(jìn)行上下面板和芯體的焊接,該方法操作簡(jiǎn)便、技術(shù)成熟,面板與芯體連接強(qiáng)度高。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明正交梯形管組裝示意圖;

圖2為本發(fā)明梯形管芯體組裝示意圖;

圖3為本發(fā)明梯形管芯體夾層結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4為本發(fā)明梯形管芯體夾層板總裝圖。

其中:1.上面板;2.第二層直管組件;3.斜管;4.第一層直管組件;5.下面板。

【具體實(shí)施方式】

在本發(fā)明的描述中,需要說(shuō)明的是,除非另有明確的規(guī)定和限定,術(shù)語(yǔ)“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(jī)械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過(guò)中間媒介間接相連,可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)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(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

請(qǐng)參閱圖1至圖4所示,本發(fā)明公開了一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板,從上到下包括上面板1、第二層直管組件2、斜管3、第一層直管組件4和下面板5,所述第二層直管組件2和第一層直管組件4分別由若干直管鋪設(shè)而成,所述第二層直管組件2的直管沿水平方向設(shè)置,所述第一層直管組件4的直管沿與所述第二層直管組件2的直管正交的水平方向設(shè)置,所述斜管3設(shè)置在所述第二層直管組件2和第一層直管組件4之間,形成所述管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體。

其中,直管的橫截面為等腰梯形,若干所述直管等間距設(shè)置。斜管3的橫截面為平行四邊形,四個(gè)所述斜管3組成相互支撐的金字塔空心管點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板由碳鋼、不銹鋼、純鋁、鋁合金或鈦合金中的任一種材料制備而成。

本發(fā)明還公開了一種管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體夾層板制備方法,包括以下步驟:

S1、首先將平整過(guò)的板材切割成上面板和下面板;

所述上面板1和下面板4的厚度不等。

S2、再將管材切割成梯形直管及平行四邊形斜管;

S3、然后將步驟S1和S2所述上面板、下面板、直管及斜管放入烘干機(jī)內(nèi)烘干備用;

將所述上面板、下面板、直管及斜管放入超聲波清洗機(jī)中,保持水溫40~60℃,清洗0.5~1h去除表面附著物后再進(jìn)行烘干處理。

S4、將多個(gè)所述直管按設(shè)定間距并排組裝形成第一層直管組件,且相鄰兩直管之間呈相互倒立排列方式;

S5、在步驟S4所述第一層直管組件上表面按設(shè)定間距正交鋪設(shè)多個(gè)所述直管構(gòu)成第二層直管組件,且相鄰兩直管之間呈倒立排列方式;

S6、將步驟S3制備的所述斜管插入步驟S5所述第一層直管組件和第二層直管組件的間隙中,形成緊密排布的管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體;

S7、將步驟S6制備的所述管狀復(fù)合結(jié)構(gòu)芯體與步驟S3制備的所述上面板和下面板連接制成管狀復(fù)合芯體夾層板。

實(shí)施例一:

1、首先將平整過(guò)的TC4鈦合金板材采用線切割機(jī)切割成上面板1和下面板5;

2、將上面板1、下面板5、TC4鈦合金梯形直管及TC4鈦合金平行四邊形斜管3表面用不同型號(hào)的砂紙打磨去除表面氧化膜;

3、將上面板1、下面板5、梯形直管及平行四邊形斜管3放入超聲波清洗機(jī)中,加入金屬清洗劑,調(diào)節(jié)水溫為60℃,清洗半個(gè)小時(shí)去除表面附著物;

4、將上面板1、下面板5、梯形直管及平行四邊形斜管3放入烘干機(jī)內(nèi)烘干備用;

5、將梯形直管按其截面中位線長(zhǎng)度并排組裝形成第一層梯形直管組件4;

6、在第一層梯形直管組件4的上表面按梯形直管截面中位線長(zhǎng)度正交鋪設(shè)第二層梯形直管組件2;

7、將平行四邊形斜管3插入兩層梯形直管組件的間隙中,形成梯形管芯體;

8、在斜管3與第一層直管組件4、第二層直管組件2的接觸面、第一層直管組件4、第二層直管組件2之間的接觸面均勻涂抹Ti基焊劑,在第一層直管組件4、第二層直管組件2、斜管3端面與上面板1、下面板5的接觸面同樣均勻涂抹Ti基焊劑焊劑,采用真空焊劑技術(shù)將第一層直管組件4、第二層直管組件2、平行四邊形斜管3、上面板1和下面板5連接成梯形芯體夾層結(jié)構(gòu)。

所述釬焊:真空度控制在10-2Pa以上,以1℃/min速度自室溫升至850~960℃保溫30~60min。

實(shí)施例二:

1、首先將平整過(guò)的1060純鋁板材采用電火花線線切割機(jī)切割成上面板1和下面板5;

2、將上面板1、下面板5、擠壓成型的1060純鋁梯形直管及擠壓成型的1060純鋁平行四邊形斜管3表面用不同型號(hào)的砂紙打磨去除表面氧化膜和銹跡;

3、將上面板1、下面板5、直管及平行四邊形斜管3放入超聲波清洗機(jī)中,加入金屬清洗劑,調(diào)節(jié)水溫為60℃,清洗半個(gè)小時(shí)去除表面附著物;

4、將上面板1、下面板5、直管及平行四邊形斜管3放入烘干機(jī)內(nèi)烘干備用;

5、將直管按梯形直管截面上底邊長(zhǎng)并排組裝形成第一層梯形直管組件4;

6、在第一層梯形直管組件4的上表面按梯形直管截面上底邊長(zhǎng)正交鋪設(shè)第二層梯形直管組件2;

7、將平行四邊形斜管3插入第一層梯形直管組件4和第二層梯形直管組件2的間隙中,形成梯形管芯體;

8、在斜管3與第二層梯形直管組件2、第一層梯形直管組件4的接觸面、第二層梯形直管組件2和第一層梯形直管組件4之間的接觸面均勻涂抹鋁釬焊膏,在第二層梯形直管組件2、第一層梯形直管組件4、斜管3端面與上面板1、下面板5的接觸面同樣均勻涂抹鋁釬焊膏,采用真空焊劑技術(shù)將第二層梯形直管組件2、第一層梯形直管組件4、平行四邊形斜管3、上面板1和下面板5連接成梯形芯體夾層結(jié)構(gòu)。

所述釬焊:真空度控制在10-3Pa以上,以1℃/min速度自室溫升至580~620℃保溫10min~1h。

根據(jù)夾層板抗爆理論,夾層結(jié)構(gòu)芯體在爆炸載荷作用下主要以剪切和拉伸變形吸能為主。本專利所述管狀芯體與面板之間可以很容易形成可靠連接,能夠保證夾層板在變形過(guò)程中充分發(fā)揮芯體材料的剪切和拉伸變形作用,提高基體材料利用率。據(jù)此推測(cè),本結(jié)構(gòu)將具有很高的比吸能特性,適合應(yīng)用到爆炸等強(qiáng)動(dòng)載荷作用的工況下。

以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想,不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)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(dòng),均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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