本發(fā)明涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別涉及一種用于水下爆炸消能的伸縮式柔性四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

我國作為水利發(fā)電大國，已在長江、黃河等重要的大江大河上建造了大量大型的梯級大壩群，大壩同時(shí)也承擔(dān)著收到恐怖襲擊分子的攻擊風(fēng)險(xiǎn)，一旦失事，將對下游造成不可估量的災(zāi)難和損失，因此，大壩的安全防護(hù)尤為重要。針對水下爆炸，目前主要通過被動(dòng)防護(hù)措施提高大壩的抗爆性能，但是大壩水下抗爆的研究較少且目前并不具備成熟的大壩防護(hù)裝置。而點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是應(yīng)運(yùn)而生的一種新型結(jié)構(gòu)。它具有高比剛度、高比強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)以及滿足多功能化需求的優(yōu)點(diǎn)，在建筑防護(hù)領(lǐng)域有很大的利用前景，但對抗震消能方面仍有自身的結(jié)構(gòu)缺陷尚待改進(jìn)

但目前，而傳統(tǒng)金屬材料的夾芯結(jié)構(gòu)面板與芯子之間是通過粘結(jié)或焊接連接，易造成弱界面缺陷，于其自身阻尼較小，沒有損耗能量的途徑，所以其在減振方面有天生的缺陷。且當(dāng)前金字塔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)抗震能力較差，可逆性差，當(dāng)承載過大載荷時(shí)易產(chǎn)生脆性崩塌，難以應(yīng)對水下爆炸的情況，

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于水下爆炸消能的可伸縮式柔性四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)整體抗震性不足，塑性較差的問題，使其可應(yīng)用于水下爆炸消能緩沖領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種用于水下爆炸消能的伸縮式柔性四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)，包括兩塊金屬面板、分別設(shè)于兩塊金屬面板相對的表面上的多個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)以及夾芯桿，所述半球形節(jié)點(diǎn)為一鋼制半球，其球面上設(shè)有四個(gè)對稱的連接點(diǎn)；四個(gè)夾芯桿的一端與其中一個(gè)金屬面板上的一個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)上的連接點(diǎn)相連，組成以該半球形節(jié)點(diǎn)為頂點(diǎn)的四棱錐單元，四個(gè)夾芯桿的另一端分別與相對的另一個(gè)金屬面板上四個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)的連接點(diǎn)相連，相對的另一個(gè)金屬面板上四個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)又分別作為新的頂點(diǎn)與其他三個(gè)夾芯桿組成新的四棱錐單元；如此循環(huán)重復(fù)，直至在兩個(gè)金屬面板之間形成四棱錐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

作為改進(jìn)，所述半球形節(jié)點(diǎn)與兩個(gè)金屬面板分別通過環(huán)氧樹脂膠連接。

作為改進(jìn)，所述的環(huán)氧樹脂膠為環(huán)氧樹脂與固化劑組成的樂泰或鑄工膠。

作為改進(jìn)，所述金屬面板為金屬平面結(jié)構(gòu)，為鋁板、鋁合金板、鈦板或鈦合金板，并對金屬面板與半球形節(jié)點(diǎn)之間的連接面進(jìn)行機(jī)械打磨或磷化液化學(xué)氧化處理，以增強(qiáng)膠接強(qiáng)度。

作為改進(jìn)，所述半球形節(jié)點(diǎn)球面上的連接點(diǎn)為螺紋孔，所述夾芯桿兩端分別設(shè)有與螺紋孔配合的螺紋，半球形節(jié)點(diǎn)與夾芯桿通過螺紋配合連接。

作為改進(jìn)，所述夾芯桿由兩個(gè)棱桿通過伸縮套桿相連組成，兩個(gè)棱桿相對的一端分別套在伸縮套桿內(nèi)，并在伸縮套桿內(nèi)可自由滑動(dòng)，伸縮套桿內(nèi)兩個(gè)棱桿的端部之間設(shè)有消能彈簧，伸縮套桿兩端分別設(shè)有將其與兩個(gè)棱桿相對固定的卡扣。

作為改進(jìn)，所述消能彈簧為采用碳纖維復(fù)合材料制成的碳纖維彈簧。

本發(fā)明的有益效果：

1、通過用半球形節(jié)點(diǎn)連接金屬面板和夾芯桿形成伸縮式柔性四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)金屬材料夾芯結(jié)構(gòu)面板與芯子之間因需要粘結(jié)或焊接所帶來的節(jié)點(diǎn)處性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)；使用環(huán)氧膠膠接方法制備四棱錐夾芯板可在保持高比強(qiáng)度、高比剛度的同時(shí)，極大的降低成本，在交通運(yùn)輸、建筑裝飾領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，且由于其通孔結(jié)構(gòu)，功能擴(kuò)展性強(qiáng)。即應(yīng)用點(diǎn)陣金屬優(yōu)異的力學(xué)性能實(shí)現(xiàn)高比強(qiáng)度、高比剛度的輕質(zhì)多孔的減震緩沖材料。

2、利用碳纖維彈簧和伸縮套桿，應(yīng)用四棱錐點(diǎn)陣金屬夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)異的力學(xué)性能以及碳纖維彈簧吸能的各自優(yōu)勢，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多功能的耦合，獲得綜合性能更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能材料，有效增大四棱錐結(jié)構(gòu)阻尼，極大提高自身減震能力。

3、解決當(dāng)前金字塔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)抗震能力較差，可逆性差的問題，具備良好的抗震消能功能，可應(yīng)用于水下爆炸消能緩沖領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的半球形節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的夾芯桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的單個(gè)四棱錐單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-金屬面板，2-半球形節(jié)點(diǎn)，3-螺紋孔，4-棱桿，5-消能彈簧，6-卡扣，7-伸縮套桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

如圖1、圖3和圖5所示，一種用于水下爆炸消能的伸縮式柔性四棱錐夾芯結(jié)構(gòu)，包括兩塊金屬面板1、分別設(shè)于兩塊金屬面板1相對的表面上的多個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)2以及夾芯桿，所述半球形節(jié)點(diǎn)2為一鋼制半球，其球面上設(shè)有四個(gè)對稱的連接點(diǎn)；四個(gè)夾芯桿的一端與其中一個(gè)金屬面板1上的一個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)2上的連接點(diǎn)相連，組成以該半球形節(jié)點(diǎn)2為頂點(diǎn)的四棱錐單元，四個(gè)夾芯桿的另一端分別與相對的另一個(gè)金屬面板1上四個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)2的連接點(diǎn)相連，單個(gè)四棱錐單元內(nèi)有五個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)2，相對的另一個(gè)金屬面板1上四個(gè)半球形節(jié)點(diǎn)2又分別作為新的頂點(diǎn)與其他三個(gè)夾芯桿組成新的四棱錐單元；如此循環(huán)重復(fù)，直至在兩個(gè)金屬面板1之間形成四棱錐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過本結(jié)構(gòu)設(shè)置，保證節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定，受壓過程中節(jié)點(diǎn)處無破壞現(xiàn)象發(fā)生，且夾芯空間結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；桿件為三維桿，與傳統(tǒng)方法中使用的二維桿相比抗失穩(wěn)能力強(qiáng)。

如圖3所示，所述半球形節(jié)點(diǎn)2與兩個(gè)金屬面板1分別通過環(huán)氧樹脂膠連接，位于四棱錐單元頂點(diǎn)處的半球形節(jié)點(diǎn)2與上部的金屬面板1連接，位于四棱錐單元四個(gè)角點(diǎn)處半球形節(jié)點(diǎn)2與下部的金屬面板1連接，由雙組份環(huán)氧樹脂膠連接成四棱錐結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板，所述的環(huán)氧樹脂膠為環(huán)氧樹脂與固化劑組成的樂泰或鑄工膠。

所述金屬面板1為金屬平面結(jié)構(gòu)，為鋁板、鋁合金板、鈦板或鈦合金板，并對金屬面板1與半球形節(jié)點(diǎn)2之間的連接面進(jìn)行機(jī)械打磨或磷化液化學(xué)氧化處理，以增強(qiáng)膠接強(qiáng)度。

所述半球形節(jié)點(diǎn)2球面上的連接點(diǎn)為螺紋孔3，所述夾芯桿兩端分別設(shè)有與螺紋孔3配合的螺紋，半球形節(jié)點(diǎn)2與夾芯桿通過螺紋配合連接。

所述夾芯桿由兩個(gè)棱桿4通過伸縮套桿7相連組成，所述棱桿4為一端帶螺紋的金屬圓桿，兩個(gè)棱桿4相對的一端分別套在伸縮套桿7內(nèi)，并在伸縮套桿7內(nèi)可自由滑動(dòng)，伸縮套桿7內(nèi)兩個(gè)棱桿4的端部之間設(shè)有消能彈簧5，消能彈簧5為圓柱形彈簧，其地面半徑略小于伸縮套桿7的內(nèi)徑，伸縮套桿7兩端分別設(shè)有將其與兩個(gè)棱桿4相對固定的卡扣6，在未收到?jīng)_擊時(shí)伸縮套桿7保持自身強(qiáng)度，并保證四棱錐網(wǎng)絡(luò)的剛度穩(wěn)定性，當(dāng)受到?jīng)_擊或荷載時(shí)，卡扣6被沖破伸縮套桿7收縮，消能彈簧5開始承受壓力，和四棱錐網(wǎng)絡(luò)共同耦合作用，緩沖吸能。

所述消能彈簧5為采用碳纖維復(fù)合材料制成的碳纖維彈簧。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了金屬面板1、半球形節(jié)點(diǎn)2、螺紋孔3、棱桿4、消能彈簧5，卡扣6、伸縮套桿7等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。