本發(fā)明屬于蜂窩填充波紋夾芯殼設(shè)計制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼及其制備方法。

背景技術(shù)：

薄壁圓柱殼由于其高比吸能(～3×104nm/kg)、高容積效率(0.7～0.8)的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于化工、航空航天、交通運輸及核能設(shè)備等諸多民用和國防重要工業(yè)。在這一領(lǐng)域中，為保證足夠的安全性，并提高能量利用效率，除對質(zhì)量、結(jié)構(gòu)承載及抗沖擊等方面有著嚴(yán)格的要求外，對噪聲的控制也是一直需要關(guān)注的問題。輕質(zhì)多孔材料以其輕質(zhì)、高強/高韌等優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能和吸聲降噪、高效散熱及智能化等廣泛的多功能特性，在該領(lǐng)域中具有極大的應(yīng)用潛力。

目前多孔材料中較為常見的波紋板和蜂窩材料已得到廣泛應(yīng)用，但目前的鋁蜂窩相對密度通常小于0.08，這是因為當(dāng)其相對密度進一步增加時，蜂窩芯體與面板連接界面處容易發(fā)生脫粘失效。相對密度的局限性限制了鋁蜂窩的剛度、強度及能量吸收能力，進而局限了它的應(yīng)用范圍。波紋結(jié)構(gòu)也有其自身的缺點：波紋板作為夾芯結(jié)構(gòu)芯體在剪切和彎曲載荷下容易發(fā)生彈塑性屈曲失穩(wěn)，且當(dāng)載荷達到峰值后承載迅速下降，導(dǎo)致其能量吸收能力明顯弱于泡沫和蜂窩材料。于此同時在吸聲隔聲等降噪領(lǐng)域中，微穿孔板(孔徑在亞毫米量級)作為一種低聲質(zhì)量、高聲阻的共振吸聲體，其吸收頻帶寬，構(gòu)造簡單，制作材料多樣化，可在高溫高濕等惡劣環(huán)境下使用，與傳統(tǒng)吸聲材料(例如多孔吸聲材料)相比，是新一代極具潛力的吸聲結(jié)構(gòu)。

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，提供一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼及其制備方法，將蜂窩材料填入波紋點陣夾芯圓柱殼的空隙中，并在波紋芯體和內(nèi)圓筒上設(shè)置微穿孔，實現(xiàn)一種集優(yōu)良結(jié)構(gòu)承載和吸聲性能于一體的多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼，包括外圓筒、內(nèi)圓筒和波紋芯體，所述波紋芯體環(huán)形設(shè)置在所述外圓筒和內(nèi)圓筒之間，在所述波紋芯體、外圓筒和內(nèi)圓筒之間設(shè)置有蜂窩，在所述內(nèi)圓筒和波紋芯體上分別設(shè)置有微穿孔，所述蜂窩、波紋芯體與外圓筒和內(nèi)圓筒連接構(gòu)成微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

優(yōu)選的，每個所述微穿孔與所述蜂窩的單胞構(gòu)成若干連通腔體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述微穿孔的直徑為0.05～1mm。

優(yōu)選的，所述蜂窩為六角蜂窩結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述蜂窩由鋁制備而成。

優(yōu)選的，所述波紋芯體、內(nèi)圓筒和外圓筒采用鋁合金、鈦合金或不銹鋼制成。

一種制備蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼的方法，包括以下步驟：

s1、采用線切割將鋁蜂窩切成長方形結(jié)構(gòu)；

s2、采用激光打孔技術(shù)在平整過的金屬板上穿鑿微穿孔，并通過模壓或折彎技術(shù)將該金屬板材制成微穿孔金屬波紋板；

s3、將步驟s2制備的所述微穿孔金屬波紋板清洗去除油污和銹跡后，在環(huán)形波紋模具上固型，連接成一體，脫模得到微穿孔環(huán)形波紋芯體；

s4、將平整過的金屬板材切割，通過表面處理去除油污和銹跡，以直徑114～133mm的金屬圓筒為模具，在其上覆蓋所述金屬板材并連接成一體，脫模制成外圓筒和內(nèi)圓筒，所述內(nèi)圓筒在制備之前，采用激光打孔技術(shù)在平整過的金屬板上穿鑿微穿孔；

s5、對步驟s3制備的所述微穿孔環(huán)形波紋芯體、步驟s4制備的外圓筒和內(nèi)圓筒進行表面處理，去除油污和銹跡后拼裝，得到微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼；

s6、將步驟s1制備的所述鋁蜂窩進行表面處理，去除油污和銹跡后與s5的所述微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼拼裝，得到多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

優(yōu)選的，所述波紋芯體、內(nèi)圓筒、外圓筒采用膠接或焊接方式連接。

優(yōu)選的，所述膠接采用環(huán)氧樹脂膠作為膠結(jié)劑，所述焊接采用釬焊方式，真空度為10-2～10-3pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10～60min。

優(yōu)選的，所述蜂窩與微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼采用膠接方式連接。

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)明公開了一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼，由于波紋板和蜂窩胞壁可通過相互的強約束制約各自變形，改善各自可能發(fā)生屈曲和后屈曲現(xiàn)象，作為夾芯結(jié)構(gòu)芯體使用可提高其結(jié)構(gòu)剛度、強度及大變形下的能量吸收。

進一步的，每個微穿孔與蜂窩的單胞構(gòu)成若干連通腔體結(jié)構(gòu)，微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯殼可以等效為一種特殊的組合微穿孔板殼結(jié)構(gòu)，是一種同時包含串聯(lián)和并聯(lián)形式的微穿孔吸聲體，在夾芯殼芯體中可形成多個共振腔，產(chǎn)生多個共振頻率，可增加吸聲頻率范圍，在一定頻率范圍內(nèi)，造成多個吸聲系數(shù)峰值，形成一個寬頻帶的有效吸聲空間，可具有很好的吸聲性能。

進一步的，微穿孔板的穿孔孔徑范圍一般在0.05～1mm，穿孔率范圍0.5～1.5％，根據(jù)馬大猷微穿孔理論，可知該孔徑范圍中低頻吸聲效果最佳，此外在這種情況下，微穿孔對力學(xué)性能的削弱效應(yīng)很小，幾乎可以忽略。

進一步的，采用鋁制六角蜂窩結(jié)構(gòu)，制備工藝成熟，具有一定的剛度、強度及能量吸收能力。

本發(fā)明還公開了一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼制備方法，采用模壓折彎以及激光打孔技術(shù)制備微穿孔波紋板，將微穿孔波紋板在環(huán)形波紋模具上固型，制備得到微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體，在金屬圓筒模具上分別制備微穿孔內(nèi)圓筒與外圓筒，將微穿孔環(huán)形波紋芯體與內(nèi)、外圓筒膠接或焊接，將鋁蜂窩填入波紋通道內(nèi)進行膠接得到蜂窩填充微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼。該結(jié)構(gòu)集輕質(zhì)、力學(xué)承載、能量吸收和聲波吸收于一體，在對承載和吸聲降噪有著迫切需求的民用和軍用領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。

進一步的，圓柱殼芯體以及內(nèi)外側(cè)圓筒較薄時，采用環(huán)氧樹脂膠連接強度高，固化時間短，易于加工，同時膠水固化收縮率小，內(nèi)應(yīng)力??；圓柱殼芯體以及內(nèi)外側(cè)圓筒較厚時，使用釬焊連接強度高，焊件變形小，可是同焊接多條釬縫，生產(chǎn)效率高。

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(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼局部放大圖；

圖3為本發(fā)明蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯板面外壓縮實驗得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；

圖4為采用comosol數(shù)值仿真得到的中低頻聲波垂直入射下微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯板的吸聲系數(shù)-頻率關(guān)系曲線圖。

其中：1.外圓筒；2.內(nèi)圓筒；3.波紋芯體；4.蜂窩；5.第一微穿孔；6.第二微穿孔。

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。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

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“設(shè)置”、“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)明提供了一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼，采用微穿孔環(huán)形金屬波紋結(jié)構(gòu)作為夾芯圓柱殼的芯體，包括：外圓筒1、內(nèi)圓筒2、波紋芯體3和填充用蜂窩4，所述波紋芯體3環(huán)形設(shè)置在所述外圓筒1和內(nèi)圓筒2之間，所述蜂窩4設(shè)置在所述波紋芯體3、外圓筒1和內(nèi)圓筒2之間，在所述內(nèi)圓筒2和波紋芯體3上分別設(shè)置有微穿孔，所述蜂窩4、波紋芯體3與外圓筒1和內(nèi)圓筒2連接構(gòu)成微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

其中，每個所述微穿孔與所述蜂窩4的單胞構(gòu)成若干連通腔體結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)圓筒2上設(shè)置有第一微穿孔5，所述波紋芯體3上設(shè)置有第二微穿孔6。

優(yōu)選的，所述蜂窩4為六角蜂窩結(jié)構(gòu)。

所述微穿孔的直徑為0.05～1mm。

本發(fā)明還公開了一種蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼制備方法，具體步驟如下：

s1、采用線切割將鋁蜂窩切成長方形結(jié)構(gòu)；

s2、采用激光打孔技術(shù)在平整過的金屬板上穿鑿微穿孔，并通過模壓或折彎技術(shù)將該金屬板材制成微穿孔金屬波紋板；

s3、將步驟s2制備的所述微穿孔金屬波紋板清洗去除油污和銹跡后，在環(huán)形波紋模具上固型，連接成一體，脫模得到微穿孔環(huán)形波紋芯體；

s4、將平整過的金屬板材切割，通過表面處理去除油污和銹跡，以直徑114～133mm的金屬圓筒為模具，在其上覆蓋所述金屬板材并連接成一體，脫模制成外圓筒和內(nèi)圓筒，所述內(nèi)圓筒在制備之前，采用激光打孔技術(shù)在平整過的金屬板上穿鑿微穿孔；

s5、對步驟s3制備的所述微穿孔環(huán)形波紋芯體、步驟s4制備的外圓筒和內(nèi)圓筒進行表面處理，去除油污和銹跡后拼裝，得到微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼。

s6、將步驟s1制備的所述鋁蜂窩進行表面處理，去除油污和銹跡后與s5的所述微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼拼裝，得到多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

實施例1

1)將清洗過的六角鋁蜂窩切割成長方形結(jié)構(gòu)。

2)采用激光打孔技術(shù)在平整過的0.2mm厚1060鋁板上穿鑿微穿孔，微穿孔直徑為0.5mm。然后采用模壓技術(shù)將該金屬板材制成微穿孔金屬波紋板；

3)將微穿孔金屬波紋板在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡后，在環(huán)形波紋模具上固型，在波紋接口處均勻涂覆一層膠粘劑，置于40～60℃烘箱中固化，脫模得到環(huán)形金屬波紋芯體結(jié)構(gòu)。

所使用膠粘劑為樂泰公司e-120hp環(huán)氧膠。

4)將平整過的0.5mm厚1060鋁板裁剪為長方形結(jié)構(gòu)，在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡。采用激光打孔技術(shù)在平整過的金屬板上適當(dāng)位置穿鑿微穿孔，微穿孔直徑為0.5mm。以直徑114mm不銹鋼金屬圓筒為模具，在其上覆蓋鋁板，在鋁板接口處均勻涂覆一層膠粘劑，置于40～60℃烘箱中固化，脫模得到微穿孔內(nèi)圓筒。

所使用膠粘劑為樂泰公司e-120hp環(huán)氧膠。

5)將平整過的0.5mm厚1060鋁板裁剪為長方形結(jié)構(gòu)，在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡，以直徑133mm不銹鋼金屬圓筒為模具，在其上覆蓋鋁板，在鋁板接口處均勻涂覆一層膠粘劑，置于40～60℃烘箱中固化，脫模得到外圓筒。

所使用膠粘劑為樂泰公司e-120hp環(huán)氧膠。

6)將微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體、微穿孔內(nèi)圓筒和外圓筒在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡，然后在微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體波紋平臺上均勻涂覆一層膠粘劑，將微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體、微穿孔內(nèi)圓筒和外圓筒組合，置于40～60℃烘箱中固化，得到波紋點陣金屬夾芯圓柱殼。得到微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼。

所使用膠粘劑為樂泰公司e-120hp環(huán)氧膠。

7)將切割好的鋁蜂窩進行表面處理，去除油污和銹跡，在表面均勻涂覆一層膠粘劑，將鋁蜂窩與微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼組合，置于40～60℃烘箱中固化，制備得到多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

實施例2

1)將清洗過的六角鋁蜂窩切割成長方形結(jié)構(gòu)。

2)采用激光打孔技術(shù)在平整過的0.2mm厚304不銹鋼板上穿鑿微穿孔，微穿孔直徑為0.5mm。然后采用模壓技術(shù)將該金屬板材制成微穿孔金屬波紋板；

3)將微穿孔金屬波紋板在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡后，在環(huán)形波紋模具上固型，并在環(huán)形波紋與模具間放置一層高硅氧玻璃纖維帶以防止波紋芯體與模具焊接。在波紋接口處均勻涂抹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，依次拆卸模具，脫模得到環(huán)形金屬波紋芯體結(jié)構(gòu)。

所述釬焊：真空度控制在10^-2～10^-3pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10min～1h；

4)將平整過的0.5mm厚不銹鋼板裁剪為長方形結(jié)構(gòu)，在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡。采用激光打孔技術(shù)在平整過的金屬板上適當(dāng)位置穿鑿微穿孔，微穿孔直徑為0.5mm。以直徑114mm不銹鋼金屬厚壁圓筒為模具，在其上覆蓋板材，在板材接口處均勻涂抹nicr25p10釬焊膏，并在圓筒與模具間放置一層高硅氧玻璃纖維帶以防止圓筒與模具焊接。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，焊接完成后緩慢冷卻至室溫出爐，脫模得到微穿孔內(nèi)圓筒。

所述釬焊：真空度控制在10^-2～10^-3pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10min～1h；

5)將平整過的0.5mm不銹鋼板材裁剪為長方形結(jié)構(gòu)，在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡，以直徑133mm不銹鋼金屬厚壁圓筒為模具，在其上覆蓋板材，并在圓筒與模具間放置一層高硅氧玻璃纖維帶以防止圓筒與模具焊接。在板材接口處均勻涂抹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，焊接完成后緩慢冷卻至室溫出爐，脫模得到外圓筒。

所述釬焊：真空度控制在10^-2～10^-3pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10min～1h；

6)將微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體、微穿孔內(nèi)圓筒和外圓筒在超聲清洗機中添加金屬清洗劑清洗去除油污和銹跡，然后在微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體波紋平臺上均勻涂抹nicr25p10釬焊膏，將微穿孔環(huán)形金屬波紋芯體、微穿孔內(nèi)圓筒和外圓筒組合，置于40～60℃烘箱中固化，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，焊接完成后緩慢冷卻至室溫出爐得到波紋點陣金屬夾芯圓柱殼；

所述釬焊：真空度控制在10^-2～10^-3pa，以1℃/min速度自室溫升溫至900℃保溫10min～1h；

7)將切割好的鋁蜂窩進行表面處理，去除油污和銹跡，在表面均勻涂覆一層膠粘劑，將鋁蜂窩與微穿孔波紋點陣夾芯圓柱殼組合，置于40～60℃烘箱中固化，制備得到多功能微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼。

經(jīng)實驗與有限元仿真分析發(fā)現(xiàn)，針對于軸壓載荷，相較于空心波紋夾芯圓筒，蜂窩與波紋復(fù)合后的單位質(zhì)量軸壓強度增加153％，單位質(zhì)量能量吸收增加484％；相較于單獨的蜂窩，復(fù)合夾芯圓筒單位質(zhì)量軸壓強度增加83％，單位質(zhì)量能量吸收增加20％。在蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼的內(nèi)側(cè)面板和波紋板上穿鑿微穿孔后，在中低頻范圍(10～3000hz，人耳比較敏感的頻率范圍)聲波垂直入射條件下，微穿孔型蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯殼的平均吸聲系數(shù)比微穿孔型蜂窩夾芯殼高出62％，最大吸聲系數(shù)提高了10％，0.5吸聲倍頻程提高了120％。

請參閱圖3，為蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼軸壓實驗得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線。黑色實線為蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯圓柱殼軸壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，黑色虛線為各獨立組件軸向壓縮的應(yīng)力應(yīng)變曲線之和，陰影部分表示蜂窩-波紋復(fù)合點陣夾芯殼相對其各獨立組件在軸向壓縮下的耦合增強效應(yīng)。

請參閱圖4，為微穿孔型波紋-蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)、微穿孔板加蜂窩結(jié)構(gòu)以及僅面板穿孔的蜂窩-波紋復(fù)合結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真得到吸聲系數(shù)-頻率關(guān)系曲線。

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)。