一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法：將外面板分四個面，分別利用沖壓模具沖壓軋制成預設結構的四個面板；四個面板中上下面板結構對稱，左右面板結構對稱面積相對較小；首先將點陣材料包裹在隔離段樣件上，并將與隔離段樣件表面接觸的節點和隔離段樣件焊接；其次將上下面板與包裹成柱狀的點陣材料上對應弧面的節點焊接，其中無法一次性完成焊接的部分節點，通過二次增材焊接與上下面板可靠焊接；最后將左右面板與點陣材料上剩余弧面上的節點焊接至完全，制成增強的點陣材料方轉圓異形截面薄壁結構。不僅能夠確保制成的點陣材料上下兩個連接面保持等高度，而且能夠顯著提高該結構的熱?力學性能。
【專利說明】
一種點陣材料増強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法。
【背景技術】
[0002]圓形截面復合材料管件物的能量吸收性能比方形截面管件物更加優越，但具有平整表面的方形管件物更容易與其他部件相裝配，即方管在實際運用中更具優勢。針對如圖1所示的方轉圓隔離段結構，開展熱結構分析與設計。初步研究表明，當結構主體為實心薄板時，出現的主要問題是方段離面變形過大。
[0003]點陣夾層板由于其具有高比剛度、比強度與多功能性等特點，在航空航天熱防護結構的輕量化設計領域具有廣泛的應用前景。由圖2可以看到，通過點陣材料增強方轉圓異形截面的薄壁結構，在滿足剛度與強度需求的條件下，結構重量有了顯著的下降。
[0004]我們提出了一種通過多次釬焊的方法，從而實現了點陣材料增強方轉圓異形隔離段結構的制備。制備過程主要包括外面板壓制、點陣材料制備以及節點與面板分次釬焊等將點陣材料這種新型輕質材料應用于實際工程結構中，目前還鮮有報道。數值模擬研究表明，在高溫熱力環境條件下，點陣增強的方轉圓隔離段具有更輕的質量、更好的抵抗熱變形能力和更可靠的結構完整性。為此，研究了這種真實的工程結構制備方法。
[0005]但是在實際制備中還存在以下難點:三維隔離段結構是變截面、非規則的，從而導致點陣材料上下兩個連接面很難保持等高度。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，能夠解決上述難題。
[0007]為了達到上述目的，本發明的具體技術方案如下:
[0008]—種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)將外面板分四個面，分別利用沖壓模具沖壓乳制成預設結構的四個面板;其中，所述四個面板中，上下面板結構對稱面積相對較大，左右面板結構對稱面積相對較小；
[0010]2)首先，將所述點陣材料包裹在所述隔離段樣件上，并將與所述隔離段樣件表面接觸的節點和所述隔離段樣件焊接；
[0011]3)其次，將面積較大的所述上下面板與包裹成柱狀的所述點陣材料上對應弧面的節點焊接，其中無法一次性完成焊接的部分節點，通過二次增材焊接與所述上下面板可靠焊接；
[0012]4)最后，將面積較小的所述左右面板與所述點陣材料上剩余弧面上的節點焊接至完全，制成所述增強的點陣材料方轉圓異形截面薄壁結構。
[0013]由于隔離段樣件其中兩個面板面積較大，將全部節點與之進行釬焊很難直接將全部點陣節點可靠焊接，因此，在焊接過程中首先將兩個較大面積面板與點陣夾芯節點進行焊接，這樣可以通過增加釬焊料等方式將面板進行可靠焊接。而另外兩個接觸面積相對較小，因此，可以最后進行釬焊。
[0014]進一步地，步驟(I)中，所述點陣材料是將具有周期性菱形結構的平面二維結構的金屬絲網，在其節點處沖壓，得到的具有三維金字塔結構的點陣材料。
[0015]進一步地，所述金屬絲網通過切割或拉伸金屬薄板得到。
[0016]進一步地，步驟(2)中，所述焊接均為高溫釬焊，其中釬料為Bn1-2釬料，加熱溫度為1040-1060°C，加熱時間為10-15分鐘。
[0017]通過本發明提供的點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法制備的點陣增強方轉圓異性截面薄壁結構，不僅能夠確保制成的點陣材料上下兩個連接面保持等高度，而且能夠顯著提高該結構的熱-力學性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術常用的方轉圓隔離段結構示意圖；
[0019]圖2為對于不同結構形式的隔離段計算結果的比較示意圖；
[0020]圖3為本發明提供的制備方法的流程示意圖；
[0021 ]圖4為本發明提供的沖壓模具示意圖；
[0022]圖5a為本發明提供的三次釬焊中，第一次釬焊后的效果示意圖，圖5b為第二次釬焊后的效果示意圖，圖5c時第三次釬焊后的效果示意圖；
[0023]圖6a為實驗例中提供的原始隔離段結構示意圖，圖6b為實驗例中提供的點陣增強后的方轉圓異形截面薄壁結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的實施方式進行說明。
[0025]—種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，如圖3所示:
[0026]301.所述方轉圓異形截面薄壁結構包括三部分，作為中心軸的隔離段樣件、具有三維金字塔結構的作為芯材的點陣材料和外面板，將外面板分四個面，分別利用沖壓模具沖壓乳制成預設結構的四個面板;其中，所述四個面板中，上下面板結構對稱面積相對較大，左右面板結構對稱面積相對較小；
[0027]其中，通過切割或拉伸金屬薄板得到具有周期性菱形結構的平面二維結構的金屬絲網，之后在其節點處沖壓，得到的具有三維金字塔結構的點陣材料。
[0028]302.首先，將所述點陣材料包裹在所述隔離段樣件上，并將與所述隔離段樣件表面接觸的節點和所述隔離段樣件焊接；
[0029]303.其次，將面積較大的所述上下面板與包裹成柱狀的所述點陣材料上對應弧面的節點焊接，其中無法一次性完成焊接的部分節點，通過二次增材焊接與所述上下面板可靠焊接；
[0030]304.最后，將面積較小的所述左右面板與所述點陣材料上剩余弧面上的節點焊接至完全，制成所述增強的點陣材料方轉圓異形截面薄壁結構。
[0031]由于隔離段樣件其中兩個面板面積較大，將全部節點與之進行釬焊很難直接將全部點陣節點可靠焊接，因此，在焊接過程中首先將兩個較大面積面板與點陣夾芯節點進行焊接，這樣可以通過增加釬焊料等方式將面板進行可靠焊接。而另外兩個接觸面積相對較小，因此，可以最后進行釬焊。
[0032]所述焊接均為高溫釬焊，其中釬料為Bn1-2釬料，加熱溫度為1040-1060°C，加熱時間為10-15分鐘。
[0033]如圖4所示，為制備外面板時使用的模具效果示意圖，將其中的一個面板放置在模具中的響應位置，閉合模具，并施加壓力，制成預設形狀和結構的面板。
[0034]圖5a為將點陣材料包裹在隔離段樣件上的結構示意圖，圖5b為將點陣材料上的節點與隔離段樣件表面焊接后的結構示意圖，圖5c是將外面板與點陣材料焊接后制成的方轉圓異形截面薄壁結構的示意圖。
[0035]預設原隔離段結構壁厚為3_，結構總重量6.5kg;點陣釬焊后結構總壁厚為11_，結構總重量為7.3kg。僅增重0.8kg，通過增加較小的重量，顯著提高了結構的剛度，所以說通過本發明提供的增強點陣材料方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，能夠顯著提高該結構的熱-力學性能。
[0036]實驗例:
[0037]采用相對密度為P= 0.06的點陣材料為增強結構，點陣夾芯的厚度為6mm，下面板各Imm厚。并與結構主體壁厚分別為t = 6mm，t = 3mm的設計方案進行對比，效果如圖6a和圖613所示。
[0038]計算結果表明，點陣增強的隔離段的最大離面變形為1.1mm，而t = 3mm最大離面變形為2.9_;若以t = 3mm方案為基準，設其結構質量為M，點陣增強的方案質量僅為0.79M。可見，點陣增強的方案不僅質量更輕，而且剛度更高，變形量更小。
[0039]以上，雖然說明了本發明的幾個實施方式，但是這些實施方式只是作為例子提出的，并非用于限定本發明的范圍。對于這些新的實施方式，能夠以其他各種方式進行實施，在不脫離本發明的要旨的范圍內，能夠進行各種省略、置換、及變更。這些實施方式和其變形，包含于本發明的范圍和要旨中的同時，也包含于權利要求書中記載的發明及其均等范圍內。
【主權項】
1.一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將外面板分四個面，分別利用沖壓模具沖壓乳制成預設結構的四個面板;其中，所述四個面板中，上下面板結構對稱面積相對較大，左右面板結構對稱面積相對較小； 2)首先，將所述點陣材料包裹在所述隔離段樣件上，并將與所述隔離段樣件表面接觸的節點和所述隔離段樣件焊接；3)其次，將面積較大的所述上下面板與包裹成柱狀的所述點陣材料上對應弧面的節點焊接，其中無法一次性完成焊接的部分節點，通過二次增材焊接與所述上下面板可靠焊接； 4)最后，將面積較小的所述左右面板與所述點陣材料上剩余弧面上的節點焊接至完全，制成所述增強的點陣材料方轉圓異形截面薄壁結構。2.根據權利要求1所述的一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所述點陣材料是將具有周期性菱形結構的平面二維結構的金屬絲網，在其節點處沖壓，得到的具有三維金字塔結構的點陣材料。3.根據權利要求2所述的一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，其特征在于，所述金屬絲網通過切割或拉伸金屬薄板得到。4.根據權利要求1所述的一種點陣材料增強方轉圓異形截面薄壁結構的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述焊接均為高溫釬焊，其中釬料為Bn1-2釬料，加熱溫度為1040-1060°C，加熱時間為10-15分鐘。
【文檔編號】B23P15/00GK106002097SQ201610420990
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】宋宏偉, 袁武, 黃晨光
【申請人】中國科學院力學研究所