具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種夾芯結(jié)構(gòu)，尤其是能夠以較小重量取得較強(qiáng)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前公知的夾芯結(jié)構(gòu)，由蒙皮和被蒙皮覆蓋的芯體組成，常見的芯體具有蜂窩芯體、泡沫芯體、點(diǎn)陣芯體等微觀結(jié)構(gòu)形式。夾芯結(jié)構(gòu)的蒙皮和芯體均可以使用金屬、高分子、復(fù)合材料等材料。在結(jié)構(gòu)服役過程中，蒙皮負(fù)責(zé)提供承受大部分彎曲載荷，并提供平整的結(jié)構(gòu)表面；芯體負(fù)責(zé)承受出平面載荷、以及傳遞結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剪切力。隨著高速列車、大尺寸航天器等重大裝備的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境日趨嚴(yán)酷，普通夾芯結(jié)構(gòu)常因?yàn)樾倔w局部屈曲或界面分層而喪失承載能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計，該夾芯結(jié)構(gòu)采用具有周期性特征的網(wǎng)狀空間桿系結(jié)構(gòu)對芯體進(jìn)行增強(qiáng)，利用壁厚遠(yuǎn)大于蜂窩芯體的桿系結(jié)構(gòu)提高局部抗彎剛度，避免結(jié)構(gòu)因局部屈曲而發(fā)生破壞。實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果顯示，該夾芯結(jié)構(gòu)通過面板、蜂窩芯體以及網(wǎng)格增強(qiáng)部分之間的協(xié)同作用，避免結(jié)構(gòu)的局部屈曲破壞和界面分層破壞，取得優(yōu)異的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)，該夾芯結(jié)構(gòu)由中間的芯體及覆蓋芯體的上、下兩層面板構(gòu)成；芯體由蜂窩芯體與網(wǎng)格增強(qiáng)部分構(gòu)成；網(wǎng)格增強(qiáng)部分由多根桿件從兩個或多個方向按規(guī)律組成，形成的網(wǎng)狀空間桿系結(jié)構(gòu)，蜂窩芯體位于網(wǎng)狀空間桿系結(jié)構(gòu)的空穴中。
[0006]所述的夾芯結(jié)構(gòu)包含上、下兩層蒙皮，蒙皮的材質(zhì)為金屬材料或由碳、玻璃和陶瓷制成的復(fù)合材料；當(dāng)蒙皮為復(fù)合材料時，使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂作為粘接基體。
[0007]所述的芯體中網(wǎng)格增強(qiáng)部分的材質(zhì)為金屬材料或由碳纖維、玻璃纖維和陶瓷纖維制成的復(fù)合材料；網(wǎng)格增強(qiáng)部分選用正交、三角形或Kagome構(gòu)型；網(wǎng)格增強(qiáng)部分的單胞的邊長不小于蜂窩芯體單胞邊長的4倍；網(wǎng)格增強(qiáng)部分單一桿件的寬度應(yīng)不小于蜂窩芯體壁厚的3倍。
[0008]所述的蜂窩芯體使用金屬、纖維紙或高分子材料制成；或使用開孔泡沫、閉孔泡沫、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)形式代替蜂窩形成芯體。
[0009]所述的夾芯結(jié)構(gòu)根據(jù)工程需要制成板、橋或梁結(jié)構(gòu)形式。
[0010]一種具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)的加工方法，首先采用粘接或電鍍方法將網(wǎng)格增強(qiáng)部分與一層蒙皮固定，將蜂窩芯體填入網(wǎng)格增強(qiáng)部分的空穴中，最后再采用粘接或電鍍方法將另一層蒙皮固定，制成所需的夾芯結(jié)構(gòu)；對于選擇金屬材料制造網(wǎng)格增強(qiáng)部分的夾芯板，然后按下蒙皮、網(wǎng)格增強(qiáng)部分、蜂窩芯體、上蒙皮的順序進(jìn)行鋪裝，整體一次性成型。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]1、與目前公知的蜂窩芯體夾芯結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提出的具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯結(jié)構(gòu)可以有效避免局部屈曲破壞和界面分層破壞，通過面板、蜂窩芯體與網(wǎng)格增強(qiáng)三部分之間的相互作用，從而提高結(jié)構(gòu)的剛度、比剛度、強(qiáng)度、比強(qiáng)度、能量吸收性能、能量吸收密度等力學(xué)性能，并控制結(jié)構(gòu)的重量。
[0013]2、本發(fā)明網(wǎng)格增強(qiáng)部分的高度原則上與蜂窩芯體相同，夾芯結(jié)構(gòu)尺寸無明顯變化；制造過程中首先根據(jù)各部分材料采用粘接或電鍍方法將網(wǎng)格增強(qiáng)部分與一層蒙皮固定，之后將蜂窩芯體填入網(wǎng)格增強(qiáng)部分的空穴中，最后再采用粘接或電鍍方法將另一層蒙皮固定，制成所需的夾芯結(jié)構(gòu)；對于選擇金屬材料制造網(wǎng)格增強(qiáng)部分的夾芯板，可以直接在操作臺上按下蒙皮、網(wǎng)格增強(qiáng)部分、蜂窩芯體、上蒙皮的順序進(jìn)行鋪裝，并整體一次性成型。前述加工過程與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)無明顯區(qū)別，方便在現(xiàn)有設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)
[0014]3、本發(fā)明適用范圍較廣，可用于高速列車車身、航空航天裝備等領(lǐng)域；并可以根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和載荷水平，可進(jìn)行面板、芯體等部分的材料設(shè)計和尺寸設(shè)計，選用不同的基體材料、鋪設(shè)方式，使結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能滿足要求。
[0015]4、本發(fā)明設(shè)計的夾芯結(jié)構(gòu)采用蜂窩芯體，具有較好的吸聲效果；同時可以選用復(fù)合材料制造面板和網(wǎng)格增強(qiáng)部分，使夾芯結(jié)構(gòu)具有隱身功能。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明網(wǎng)格增強(qiáng)芯體夾芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:黑色實(shí)心表示面板，黑邊白心表示網(wǎng)格增強(qiáng)部分，細(xì)實(shí)線表示蜂窩壁板。
[0018]圖2是本發(fā)明網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的平面圖。
[0019]圖中:粗實(shí)線表示網(wǎng)格增強(qiáng)部分的桿系，細(xì)實(shí)線表示蜂窩壁板。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0021]如圖1，圖中:黑色實(shí)心表示面板，黑邊白心表示網(wǎng)格增強(qiáng)部分，細(xì)實(shí)線表示蜂窩壁板。夾芯板的芯體被上下兩層面板覆蓋，網(wǎng)格增強(qiáng)部分的高度與蜂窩芯體相同，面板、蜂窩芯體與網(wǎng)格增強(qiáng)部分共同組成具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯板。
[0022]如圖2，圖中:粗實(shí)線表示網(wǎng)格增強(qiáng)部分的桿系，細(xì)實(shí)線表示蜂窩壁板，網(wǎng)格狀桿系與蜂窩共同組成芯體。
[0023]具體實(shí)施例一:總長180mm、總寬46mm、總高度14mm的具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯板；其上下面板各高(厚)1mm，由面密度為200g/m2的RC200T 2X2斜紋編制碳纖維與環(huán)氧樹脂制成復(fù)合材料；招蜂窩芯體孔徑為6.35mm，蜂窩壁厚為0.06mm，高度為12mm ;網(wǎng)格增強(qiáng)部分使用6060T5招材，制成12mmX3mm橫截面的桿，再組成橫向桿心間距43mm、縱向桿心間距23mm的正交桿系。前述材料按下蒙皮、網(wǎng)格增強(qiáng)部分、蜂窩芯體、上蒙皮的順序進(jìn)行鋪裝，并整體一次性共固化成型。跨長為125mm的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:本發(fā)明具有網(wǎng)格增強(qiáng)蜂窩芯體的夾芯板的抗彎剛度為9910N*m，而僅使用前述蜂窩材料作為芯體的夾芯板的抗彎剛度僅為3143N*m，即本發(fā)明使結(jié)構(gòu)抗彎