具有網格增強蜂窩芯體的夾芯結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種夾芯結構，尤其是能夠以較小重量取得較強結構力學性能的具有網格增強蜂窩芯體的夾芯結構。
【背景技術】
[0002]目前公知的夾芯結構，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、點陣芯體等微觀結構形式。夾芯結構的蒙皮和芯體均可以使用金屬、高分子、復合材料等材料。在結構服役過程中，蒙皮負責提供承受大部分彎曲載荷，并提供平整的結構表面；芯體負責承受出平面載荷、以及傳遞結構內部的剪切力。隨著高速列車、大尺寸航天器等重大裝備的快速發展，結構的服役環境日趨嚴酷，普通夾芯結構常因為芯體局部屈曲或界面分層而喪失承載能力。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種具有網格增強蜂窩芯體的夾芯結構設計，該夾芯結構采用具有周期性特征的網狀空間桿系結構對芯體進行增強，利用壁厚遠大于蜂窩芯體的桿系結構提高局部抗彎剛度，避免結構因局部屈曲而發生破壞。實驗及數值模擬結果顯示，該夾芯結構通過面板、蜂窩芯體以及網格增強部分之間的協同作用，避免結構的局部屈曲破壞和界面分層破壞，取得優異的結構力學性能。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]一種具有網格增強蜂窩芯體的夾芯結構，該夾芯結構由中間的芯體及覆蓋芯體的上、下兩層面板構成；芯體由蜂窩芯體與網格增強部分構成；網格增強部分由多根桿件從兩個或多個方向按規律組成，形成的網狀空間桿系結構，蜂窩芯體位于網狀空間桿系結構的空穴中。
[0006]所述的夾芯結構包含上、下兩層蒙皮，蒙皮的材質為金屬材料或由碳、玻璃和陶瓷制成的復合材料；當蒙皮為復合材料時，使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂作為粘接基體。
[0007]所述的芯體中網格增強部分的材質為金屬材料或由碳纖維、玻璃纖維和陶瓷纖維制成的復合材料；網格增強部分選用正交、三角形或Kagome構型；網格增強部分的單胞的邊長不小于蜂窩芯體單胞邊長的4倍；網格增強部分單一桿件的寬度應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、點陣結構形式代替蜂窩形成芯體。
[0009]所述的夾芯結構根據工程需要制成板、橋或梁結構形式。
[0010]一種具有網格增強蜂窩芯體的夾芯結構的加工方法，首先采用粘接或電鍍方法將網格增強部分與一層蒙皮固定，將蜂窩芯體填入網格增強部分的空穴中，最后再采用粘接或電鍍方法將另一層蒙皮固定，制成所需的夾芯結構；對于選擇金屬材料制造網格增強部分的夾芯板，然后按下蒙皮、網格增強部分、蜂窩芯體、上蒙皮的順序進行鋪裝，整體一次性成型。
[0011]本發明的有益效果是:
[0012]1、與目前公知的蜂窩芯體夾芯結構相比，本發明提出的具有網格增強蜂窩芯體的夾芯結構可以有效避免局部屈曲破壞和界面分層破壞，通過面板、蜂窩芯體與網格增強三部分之間的相互作用，從而提高結構的剛度、比剛度、強度、比強度、能量吸收性能、能量吸收密度等力學性能，并控制結構的重量。
[0013]2、本發明網格增強部分的高度原則上與蜂窩芯體相同，夾芯結構尺寸無明顯變化；制造過程中首先根據各部分材料采用粘接或電鍍方法將網格增強部分與一層蒙皮固定，之后將蜂窩芯體填入網格增強部分的空穴中，最后再采用粘接或電鍍方法將另一層蒙皮固定，制成所需的夾芯結構；對于選擇金屬材料制造網格增強部分的夾芯板，可以直接在操作臺上按下蒙皮、網格增強部分、蜂窩芯體、上蒙皮的順序進行鋪裝，并整體一次性成型。前述加工過程與現有結構無明顯區別，方便在現有設計基礎上進行改進
[0014]3、本發明適用范圍較廣，可用于高速列車車身、航空航天裝備等領域；并可以根據結構尺寸和載荷水平，可進行面板、芯體等部分的材料設計和尺寸設計，選用不同的基體材料、鋪設方式，使結構的力學性能滿足要求。
[0015]4、本發明設計的夾芯結構采用蜂窩芯體，具有較好的吸聲效果；同時可以選用復合材料制造面板和網格增強部分，使夾芯結構具有隱身功能。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明網格增強芯體夾芯結構示意圖。
[0017]圖中:黑色實心表示面板，黑邊白心表示網格增強部分，細實線表示蜂窩壁板。
[0018]圖2是本發明網格增強蜂窩芯體的平面圖。
[0019]圖中:粗實線表示網格增強部分的桿系，細實線表示蜂窩壁板。
【具體實施方式】
[0020]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。
[0021]如圖1，圖中:黑色實心表示面板，黑邊白心表示網格增強部分，細實線表示蜂窩壁板。夾芯板的芯體被上下兩層面板覆蓋，網格增強部分的高度與蜂窩芯體相同，面板、蜂窩芯體與網格增強部分共同組成具有網格增強蜂窩芯體的夾芯板。
[0022]如圖2，圖中:粗實線表示網格增強部分的桿系，細實線表示蜂窩壁板，網格狀桿系與蜂窩共同組成芯體。
[0023]具體實施例一:總長180mm、總寬46mm、總高度14mm的具有網格增強蜂窩芯體的夾芯板；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氧樹脂制成復合材料；招蜂窩芯體孔徑為6.35mm，蜂窩壁厚為0.06mm，高度為12mm ;網格增強部分使用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、網格增強部分、蜂窩芯體、上蒙皮的順序進行鋪裝，并整體一次性共固化成型。跨長為125mm的三點彎曲實驗結果顯示:本發明具有網格增強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，即本發明使結構抗彎