CN104827602B - 一种类桁架点阵夹芯结构体 - Google Patents
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Abstract
一种类桁架点阵夹芯结构体，它涉及一种结构体。本发明目的是为以解决现有类桁架点阵夹芯结构体因结构复杂使其剪切性能不佳以及结构发生共振而导致的安全问题。本发明它包括上面板、下面板、多个第一拼接板条和多个第二拼接板条，每个第一拼接板条沿其长度方向加工有多个第一凸曲面和多个第一凹曲面，第一凸曲面和第一凹曲面交替排列且形状相同；每个第二拼接板条沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面和多个第二凹曲面，第二凸曲面和第二凹曲面交替排列且形状相同，多个第一拼接板条和多个第二拼接板条交叉排列在上面板和下面板之间。本发明提供了多种类型的类桁架点阵夹芯结构体，均具有优质的剪切性能和减震效果。本发明用于航天航空领域中。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种类桁架点阵夹芯结构体。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观微观上组成具有新性能的材料。复合材料具有许多其他材料不具备的优点，如高比强度、高比模量、可设计性好、制造工艺简单、热稳定性好和高温性能好，不同种类的复合材料还具有不同的优良性能，例如抗疲劳性、抗冲击性、透电磁波性、减振阻尼性和耐腐蚀性等。复合材料应用极其广泛，在航空领域，国内外已经将复合材料应用于飞机机身、机翼、驾驶舱、螺旋桨、雷达罩、机翼表面整流装置等。在航天工程中，复合材料也扮演着重要的角色。为了满足航空航天大型结构的力学性能和多功能性的要求，迫切需要开发新型的航空航天超轻质高强度多功能材料。点阵夹芯结构的设计体现了汇集材料设计、结构设计和多功能设计为一身的协同优化设计理念。复合材料点阵夹芯结构因具有优良的力学性能和潜在的多功能应用价值，吸引了国内外许多优秀的力学学者对其进行研究。目前，对该结构基本力学性能的理论研究已经趋于成熟，但是制备出的结构力学性能与理论预测的结果相差甚远，从而限制了结构的广泛应用。制备工艺的好坏直接影响结构服役时间长短和结构安全可靠程度。因此，很有必要将制备工艺作为研究复合材料点阵夹芯结构的重中之重。现有类桁架点阵夹芯结构体，不但因其结构复杂使其制备过程繁琐，且不易实现粘接工作，这种结构体剪切性能不佳，抗震效果不够稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种类桁架点阵夹芯结构体，首先通过优化其结构参数来提高其剪切性能；其次，分析面板与芯子的铺设角度、上下面板厚度差以及面板厚度对结构固有模态的影响，以解决现有类桁架点阵夹芯结构体因结构复杂使其剪切性能不佳以及结构发生共振而导致的安全问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种类桁架点阵夹芯结构体，它包括上面板、下面板、多个第一拼接板条和多个第二拼接板条，每个第一拼接板条沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面和多个第一凹曲面，第一凸曲面和第一凹曲面交替排列且形状相同；每个第二拼接板条沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面和多个第二凹曲面，第二凸曲面和第二凹曲面交替排列且形状相同，多个第一拼接板条和多个第二拼接板条交叉排列在上面板和下面板之间，当多个第一拼接板条和多个第二拼接板条交叉排列时，每个第一拼接板条中的第一凸曲面的顶面与其对应的第二拼接板条的第二凸曲面的顶面相重合并贴紧；每个第一拼接板条中的第一凹曲面的底面与其对应的第二拼接板条的第二凹曲面的底面相重合并贴紧。
一种类桁架点阵夹芯结构体，它包括上面板、下面板、多个第一拼接板条和多个第二拼接板条，每个第一拼接板条沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面和多个第一凹曲面，第一凸曲面和第一凹曲面交替排列且形状相同；每个第二拼接板条沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面和多个第二凹曲面，第二凸曲面和第二凹曲面交替排列且形状相同，多个第一拼接板条和多个第二拼接板条交叉排列在上面板和下面板之间，当多个第一拼接板条多个第二拼接板条交叉排列时，每个第一拼接板条中的第一凸曲面的顶面位于其对应的第二拼接板条的第二凹曲面的底面的正上方且所述第一凸曲面的顶面与其相邻的第二凸曲面的顶面处于同一平面上；每个第一拼接板条中的第一凹曲面的底面位于其对应的第二拼接板条的第二凸曲面的顶面的正下方且与其相邻的第二凹曲面的顶面处于同一平面上。
本发明与现有技术相比的有益效果：
点阵夹芯结构是一种具有优良力学性能的超轻质多孔周期性结构，本发明的结构设计新颖合理，本发明的整体结构通过多个第一拼接板条和多个第二拼接板条拼接在上面板和下面板之间即可形成，首先通过优化其结构参数来提高其剪切性能；其次，便于分析面板与芯子的铺设角度、上下面板厚度差以及面板厚度对结构固有模态的影响。
目前，对点阵夹芯结构的优化设计多以提高点阵芯子的等效刚度和等效强度为目标，但是结构的整体等效强度也取决于面芯界面结合强度，没有考虑多种因素的耦合影响可能导致设计出的结构出现“木桶效应”，即整体屈服破坏、面芯界面脱胶破坏以及芯子杆件屈曲失稳等。为了防止木桶效应在所设计出的结构中发生，本发明综合考虑了芯子与面芯界面可能发生的破坏模式对结构进行协同优化。
附图说明
图1是90°正对称类桁架点阵夹芯结构体的立体结构示意图，
图2是图1中不带上面板1的立体结构示意图，
图3是90°正对称类桁架点阵夹芯结构体的侧视结构示意图，
图4是90°反对称类桁架点阵夹芯结构体的立体结构示意图，
图5是图4中不带上面板1的立体结构示意图，
图6是90°反对称类桁架点阵夹芯结构体的侧视结构示意图，
图7是45°正对称类桁架点阵夹芯结构体的立体结构示意图，
图8是图7中不带上面板1的立体结构示意图，
图9是45°正对称类桁架点阵夹芯结构体的侧视结构示意图，
图10是45°反对称类桁架点阵夹芯结构体的立体结构示意图，
图11是图10中不带上面板1的立体结构示意图，
图12是45°反对称类桁架点阵夹芯结构体的侧视结构示意图，
图13为90°正对称类桁架点阵夹芯结构体中多个第一拼接板条和多个第二拼接板条的另一种排布方式的立体图，
图14为90°反对称类桁架点阵夹芯结构体中多个第一拼接板条和多个第二拼接板条的另一种排布方式的立体图，
图15为45°正对称类桁架点阵夹芯结构体中多个第一拼接板条和多个第二拼接板条的另一种排布方式的立体图，
图16为45°反对称类桁架点阵夹芯结构体中多个第一拼接板条和多个第二拼接板条的另一种排布方式的立体图。
图17是单胞的立体结构示意图；
图18是类桁架复合材料点阵夹芯结构中单胞第一受力简化示意图；
图19是类桁架复合材料点阵夹芯结构中单胞第二受力简化示意图；
图20是类桁架复合材料点阵夹芯结构中单胞第三受力简化示意图；
图21是类桁架复合材料点阵夹芯结构中单胞第四受力简化示意图；
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图7、图8、图9、图13和图15说明本实施方式，本实施方式包括上面板1、下面板2、多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4，每个第一拼接板条3沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面3-1和多个第一凹曲面3-2，第一凸曲面3-1和第一凹曲面3-2交替排列且形状相同；每个第二拼接板条4沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面4-1和多个第二凹曲面4-2，第二凸曲面4-1和第二凹曲面4-2交替排列且形状相同，多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列在上面板1和下面板2之间，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3中的第一凸曲面3-1的顶面与其对应的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1的顶面相重合并贴紧；每个第一拼接板条3中的第一凹曲面3-2的底面与其对应的第二拼 接板条4的第二凹曲面4-2的底面相重合并贴紧。本实施方式中多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4如此的分布方式称为正对称式。
具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式多个第一拼接板条3沿下面板2的长度方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的宽度方向匀布在下面板2的上端面上。本实施方式中多个第一拼接板条3的走向、多个第二拼接板条4的走向分别与下面板2的边缘呈现相互垂直关系，即将这种结构称为90°正对称类桁架点阵夹芯结构体。多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4与上面板1的连接关系与下面板2相同。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图7和图9说明本实施方式，本实施方式中多个第一拼接板条3沿下面板2的一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的另一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上。本实施方式中多个第一拼接板条3的走向、多个第二拼接板条4的走向分别与下面板2的对角线呈现相互平行关系，即将这种结构称为45°正对称类桁架点阵夹芯结构体。多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4与上面板1的连接关系与下面板2相同。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1、图2、图3、图7、图8和图9说明本实施方式，本实施方式中当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3上第一凸曲面3-1与其相交叉的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1一一对应设置；每个第一拼接板条3上第一凹曲面3-2与其相交叉的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2一一对应设置。
本实施方式中多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4还有另外一种排布方式，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3上第一凸曲面3-1与其相交叉的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2一一对应设置；每个第一拼接板条3上第一凹曲面3-2与其相交叉的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1一一对应设置。本实施方式中第一拼接板条3和第二拼接板条4之间的一种密集式排列方式。根据不同的需要排列选取不同的排列方式。其他组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：结合图13说明本实施方式，本实施方式中当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，相邻两个第一拼接板条3之间的间距为第二拼接板条4中一个第二凹曲面4-2的长度；相邻两个第二拼接板条4之间的间距为第一拼接板条3中一个第一凸曲面3-1的长度。本实施方式中第一拼接板条3和第二拼接板条4之间的一 种疏松式排列方式。根据不同的需要排列选取不同的排列方式。其他组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式六：结合图4、图6、图10、图11、图12、图14和图16说明本实施方式，本实施方式包括上面板1、下面板2、多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4，每个第一拼接板条3沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面3-1和多个第一凹曲面3-2，第一凸曲面3-1和第一凹曲面3-2交替排列且形状相同；每个第二拼接板条4沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面4-1和多个第二凹曲面4-2，第二凸曲面4-1和第二凹曲面4-2交替排列且形状相同，多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列在上面板1和下面板2之间，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3中的第一凸曲面3-1的顶面位于其对应的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2的底面的正上方且所述第一凸曲面3-1的顶面与其相邻的第二凸曲面4-1的顶面处于同一平面上；每个第一拼接板条3中的第一凹曲面3-2的底面位于其对应的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1的顶面的正下方且与其相邻的第二凹曲面4-2的顶面处于同一平面上。
具体实施方式七：结合图6和图14说明本实施方式，本实施方式中多个第一拼接板条3沿下面板2的长度方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的宽度方向匀布在下面板2的上端面上。本实施方式中多个第一拼接板条3的走向、多个第二拼接板条4的走向分别与下面板2的边缘呈现相互垂直关系，即将这种结构称为90°反对称类桁架点阵夹芯结构体。多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4与上面板1的连接关系与下面板2相同。其他组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图10、图12和图16说明本实施方式，本实施方式中多个第一拼接板条3沿下面板2的一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的另一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上。本实施方式中多个第一拼接板条3的走向、多个第二拼接板条4的走向分别与下面板2的对角线呈现相互平行关系，即将这种结构称为45°反对称类桁架点阵夹芯结构体。多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4与上面板1的连接关系与下面板2相同。其他组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：结合图4、图6、图10、图11和图12说明本实施方式，本实施方式中当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3上第一凸曲面3-1与其相交叉的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1一一对应设置；每个第一拼接板条3上第一凹曲面3-2与其相交叉的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2一一对应设置。
本实施方式中多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4还有另外一种排布方式，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3上第一凸曲面3-1与其相交叉的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2一一对应设置；每个第一拼接板条3上第一凹曲面3-2与其相交叉的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1一一对应设置。本实施方式中第一拼接板条3和第二拼接板条4之间的一种密集式排列方式。根据不同的需要排列选取不同的排列方式。其他组成及连接关系与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十：结合图14和图16说明本实施方式，本实施方式中当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，相邻两个第一拼接板条3之间的间距为第二拼接板条4中一个第二凹曲面4-2的长度；相邻两个第二拼接板条4之间的间距为第一拼接板条3中一个第一凸曲面3-1的长度。本实施方式中第一拼接板条3和第二拼接板条4之间的一种疏松式排列方式。根据不同的需要排列选取不同的排列方式。其他组成及连接关系与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十一：结合图13说明本实施方式，本实施方式中包括上面板1、下面板2、多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4，每个第一拼接板条3沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面3-1和多个第一凹曲面3-2，第一凸曲面3-1和第一凹曲面3-2交替排列且形状相同；每个第二拼接板条4沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面4-1和多个第二凹曲面4-2，第二凸曲面4-1和第二凹曲面4-2交替排列且形状相同，多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列在上面板1和下面板2之间，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3中的第一凸曲面3-1的顶面与其对应的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1的顶面相重合并贴紧；每个第一拼接板条3中的第一凹曲面3-2的底面与其对应的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2的底面相重合并贴紧。
多个第一拼接板条3沿下面板2的长度方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的宽度方向匀布在下面板2的上端面上。
当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，相邻两个第一拼接板条3之间的间距为第二拼接板条4中一个第二凹曲面4-2的长度；相邻两个第二拼接板条4之间的间距为第一拼接板条3中一个第一凸曲面3-1的长度。
具体实施方式十二：结合图14说明本实施方式，本实施方式包括上面板1、下面板2、多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4，每个第一拼接板条3沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面3-1和多个第一凹曲面3-2，第一凸曲面3-1和第一凹曲面3-2交替排 列且形状相同；每个第二拼接板条4沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面4-1和多个第二凹曲面4-2，第二凸曲面4-1和第二凹曲面4-2交替排列且形状相同，多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列在上面板1和下面板2之间，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3中的第一凸曲面3-1的顶面位于其对应的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2的底面的正上方且所述第一凸曲面3-1的顶面与其相邻的第二凸曲面4-1的顶面处于同一平面上；每个第一拼接板条3中的第一凹曲面3-2的底面位于其对应的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1的顶面的正下方且与其相邻的第二凹曲面4-2的顶面处于同一平面上。
多个第一拼接板条3沿下面板2的长度方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的宽度方向匀布在下面板2的上端面上。
当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，相邻两个第一拼接板条3之间的间距为第二拼接板条4中一个第二凹曲面4-2的长度；相邻两个第二拼接板条4之间的间距为第一拼接板条3中一个第一凸曲面3-1的长度。
具体实施方式十三：结合图15说明本实施方式，本实施方式中包括上面板1、下面板2、多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4，每个第一拼接板条3沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面3-1和多个第一凹曲面3-2，第一凸曲面3-1和第一凹曲面3-2交替排列且形状相同；每个第二拼接板条4沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面4-1和多个第二凹曲面4-2，第二凸曲面4-1和第二凹曲面4-2交替排列且形状相同，多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列在上面板1和下面板2之间，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3中的第一凸曲面3-1的顶面与其对应的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1的顶面相重合并贴紧；每个第一拼接板条3中的第一凹曲面3-2的底面与其对应的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2的底面相重合并贴紧。
多个第一拼接板条3沿下面板2的一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的另一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上。
当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，相邻两个第一拼接板条3之间的间距为第二拼接板条4中一个第二凹曲面4-2的长度；相邻两个第二拼接板条4之间的间距为第一拼接板条3中一个第一凸曲面3-1的长度。
具体实施方式十四：结合图16说明本实施方式，本实施方式包括上面板1、下面板2、多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4，每个第一拼接板条3沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面3-1和多个第一凹曲面3-2，第一凸曲面3-1和第一凹曲面3-2交替排列且形状相同；每个第二拼接板条4沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面4-1和多个第二凹曲面4-2，第二凸曲面4-1和第二凹曲面4-2交替排列且形状相同，多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列在上面板1和下面板2之间，当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，每个第一拼接板条3中的第一凸曲面3-1的顶面位于其对应的第二拼接板条4的第二凹曲面4-2的底面的正上方且所述第一凸曲面3-1的顶面与其相邻的第二凸曲面4-1的顶面处于同一平面上；每个第一拼接板条3中的第一凹曲面3-2的底面位于其对应的第二拼接板条4的第二凸曲面4-1的顶面的正下方且与其相邻的第二凹曲面4-2的顶面处于同一平面上。
多个第一拼接板条3沿下面板2的一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上，多个第二拼接板条4沿下面板2的另一个对角线的方向匀布在下面板2的上端面上。
当多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4交叉排列时，相邻两个第一拼接板条3之间的间距为第二拼接板条4中一个第二凹曲面4-2的长度；相邻两个第二拼接板条4之间的间距为第一拼接板条3中一个第一凸曲面3-1的长度。
具体实施方式十五，结合图17、图18、图19、图20和图21说明本实施方式，本实施方式中多种类桁架点阵夹芯结构体与现有结构体相比，结构设计合理，易安装和拆卸且抗震性能突出。
考虑到芯子材料的杨氏弹性模量要远高于其剪切模量，以及芯子杆件的长度要远高于芯子杆件的厚度和胶膜厚度的现实，处理后的多种类桁架点阵夹芯结构体的性能比较如下表：
对比芯子的等效剪切比强度的表达式发现，正对称结构的等效剪切比强度明显优于反对称结构，45°结构明显优于90°结构，密集型和普通的一样。但是如果把面板考虑在内的话，密集型结构的等效剪切比强度会有所提升。上表中八种构型的等效剪切比强度的优劣，不仅说明这八种结构各有所长，也为结构后期的应用提供了很大的依据。
实验数据对比：
在实验中所用材料相同的情况下，90°反对称类桁架点阵夹芯结构体的相对密度1.61％，剪切强度0.718MPa，而普通的金字塔点阵结构：相对密度1.81％，剪切强度0.519MPa，相对密度2.83％，剪切强度0.548MPa。
本发明中第一凸曲面(3-1)和第二凸曲面(4-1)组成一个单胞，单胞中的第一斜杆的长度为L，第一平板长度和第一斜杆宽度设计尺寸相同都为H，第一斜杆与底面夹角为ω，第一平板的厚度为h，类桁架复合材料点阵夹芯结构单胞的质量为M，单胞的总体积为V，ρ为单胞的等效密度，ρs为碳纤维预浸料的密度。单胞的等效密度为单胞总质量与单胞总体积之比，故以下等效密度ρ的表达式如下公式(2-1)所示，
相对密度为芯子单胞的等效密度与碳纤维预浸料的密度的比值，具体表达式如下公式(2-2)所示，
由于类桁架复合材料点阵夹芯结构的相关几何参数直接影响其相关力学性能，类桁架复合材料点阵夹芯结构在剪切载荷下的性能好坏是评判该结构的一项重要指标。根据以往对点阵夹芯结构剪切性能测试发现，复合材料点阵夹芯结构在剪切载荷下并非仅仅发生单一的破坏模式，同时也涉及到了多种破坏模式，这些破坏模式主要包括：芯子杆件断裂破坏、面芯界面脱胶破坏以及杆件屈曲失稳破坏等。从而对剪切载荷下的类桁架复合材料点阵夹芯结构进行静力学性能优化，以使设计出的类桁架复合材料点阵夹芯结构基本力学性能相对较好。
以下时类桁架复合材料点阵夹芯结构的等效剪切强度的推导过程：
等效剪切强度是类桁架复合材料点阵夹芯结构优化设计中一个重要的参考值。为了分析类桁架复合材料点阵夹芯结构在剪切载荷下的等效剪切强度，由于单胞为对称结构，所以取单胞的1/4进行受力分析。
杆件的剪切应变推导过程如下，
式中，γxz—芯子杆件的剪应变；
δ—芯子杆件的挠度；
δN—芯子杆件轴向变形量；
N—芯子杆件的轴力；
Ec—芯子杆件压缩模量。
将公式(2-4)、(2-5)和(2-6)带入公式(2-3)中得到γxz的如下表达式，
作用在斜杆上的力P/2分解为沿着杆件方向的轴向力N和垂直于杆件的剪切力T，轴力引起的轴向变形δN和剪切力引起的弯曲变形δT共同作用，导致杆件产生了沿着P/2方向的挠度δ，所以，下面的关系式是成立的，
δN＝δsinω (2-9)
δT＝δcosω (2-10)
轴力N和剪切力T可以用如下式子表示，
由于斜杆长度L远远大于斜杆厚度h，所以由式(2-11)和(2-12)可知，剪切力T的影响基本可以忽略不计。当忽略剪切力T时，有下面的关系式，
S1/2＝H2/2 (2-15)
式中，S1/2—芯子单胞在面板上投影面积的一半；
—斜杆与竖直平面的夹角。
当斜杆发生剪切屈服破坏时，结构等效剪切强度可由以上公式得到，
式中，τpk1—屈服破坏时，结构等效剪切强度；
σs—杆件的屈服强度。
当斜杆发生屈曲失稳破坏时，结构等效剪切强度为，
式中，τpk2—屈曲失稳时，结构等效剪切强度；
σcr—临界应力；
μ—长度因数。
下面推导面芯界面等效剪切强度，面芯界面等效剪切强度可以表示为如下形式，
式中，Fbonding—面芯界面能承受的最大剪切力；
τbonding—面芯界面结合强度；
S—芯子单胞在面板上的投影面积。
本实施方式中步骤二中波纹板模具的制备优化的过程是：设计波纹板模具之前，首先要清楚类桁架点阵结构芯子的具体尺寸，根据上面的优化方法可以得到芯子杆件的具体几何参数。本章利用上海力硕新材料有限公司提供的碳纤维复合材料T700预浸料来制备类桁架复合材料点阵夹芯结构，该预浸料采用的纤维丝为日本东丽公司生产的T700-CFS-1250型，树脂含量为37％，该材料制备出的复合材料单向板及面芯界面的力学性能如表2-1所示：
表2-1复合材料单向板及面芯界面力学性能
参照以上性能参数并根据上节优化设计方法可以求得芯子的几何参数关系为H/h＝14和L/h＝26。本章制备的芯子厚度设计为1mm，即杆件铺层数为8层，ω取值为45°角。
结合具体实施方式一至十四说明本发明的制备过程：具体操作步骤如下：
步骤一：预前处理模具工作：首先用砂纸将波纹板模具表面的锈痕打磨掉，然后用丙酮清洗波纹板模具表面去除杂质，最后将脱模剂均匀地涂抹在波纹板模具的表面；
步骤二：波纹板的制备工作：首先将碳纤维预浸料裁成尺寸为290mm×430mm，然后将碳纤维预浸料制备优化后形成290mm×430mm波纹板，再波纹板放入热压机中，调节热压机使其在恒温80℃的温度下保温30分钟，再加热至130℃时加压；
步骤三：波纹板的切割工作：用机械切割方法将通过压制成的波纹板沿着波纹板长度方向切割成多个宽度与波纹板槽口宽度相同的多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4；
步骤四：多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4的预处理工作：逐一对多个第一拼接板条3和多个第二拼接板条4表面上残留的脱模剂和树脂进行预处理，先用砂纸打磨掉残留下脱模剂和树脂，再用丙酮清洗波纹条表面；
步骤五：胶膜与多个第一拼接板条3、多个第二拼接板条4的粘接工作：将胶膜剪裁成尺寸为16mm×16mm，用胶膜粘接切割完毕的波纹条，使多个第一拼接板条3、多个第二拼接板条4通过胶膜的粘贴作用交错拼接形成点阵芯子构架；
步骤六：面板的制备工作：首先将碳纤维预浸料裁成尺寸为290mm×290mm，并按照设计方案对碳纤维预浸料进行角度铺设形成面板，用丙酮清洗面板模具，然后将脱模剂均匀地涂在面板模具，最后再上面板1和下面板2放入热压机中，调节热压机使其在恒温 80℃的温度下保温30分钟，加热至130℃时加压1～2MPa；
步骤七；定位工作；
步骤八；点阵芯子构架与面板的粘接工作：将上面板1和下面板2分别粘贴在多个波纹条形成的点阵芯子构架的顶面和底面上，然后将两个角铁设置在处于点阵芯子构架顶面的面板外，两个角铁对称设置在所述面板的对角处，在常温下压制类桁架复合材料构型持续3～5分钟；
步骤九：将带有上下面板的点阵芯子构架放置烘箱中，对胶膜进行固化，固化温度为120℃，固化时间120分钟，即制得类桁架复合材料点阵夹芯结构体。
Claims (5)
1.一种类桁架点阵夹芯结构体，其特征在于：它包括上面板(1)、下面板(2)、多个第一拼接板条(3)和多个第二拼接板条(4)，每个第一拼接板条(3)沿其长度方向均匀加工有多个第一凸曲面(3-1)和多个第一凹曲面(3-2)，第一凸曲面(3-1)和第一凹曲面(3-2)交替排列且形状相同；每个第二拼接板条(4)沿其长度方向均匀加工有多个第二凸曲面(4-1)和多个第二凹曲面(4-2)，第二凸曲面(4-1)和第二凹曲面(4-2)交替排列且形状相同，多个第一拼接板条(3)和多个第二拼接板条(4)交叉排列在上面板(1)和下面板(2)之间，当多个第一拼接板条(3)和多个第二拼接板条(4)交叉排列时，每个第一拼接板条(3)中的第一凸曲面(3-1)的顶面位于其对应的第二拼接板条(4)的第二凹曲面(4-2)的底面的正上方且所述第一凸曲面(3-1)的顶面与其相邻的第二凸曲面(4-1)的顶面处于同一平面上；每个第一拼接板条(3)中的第一凹曲面(3-2)的底面位于其对应的第二拼接板条(4)的第二凸曲面(4-1)的顶面的正下方，每个第一拼接板条(3)中的第一凹曲面(3-2)的底面与其相邻的第二凹曲面(4-2)的底面处于同一平面上。
2.根据权利要求1所述的一种类桁架点阵夹芯结构体，其特征在于：多个第一拼接板条(3)沿下面板(2)的长度方向匀布在下面板(2)的上端面上，多个第二拼接板条(4)沿下面板(2)的宽度方向匀布在下面板(2)的上端面上。
3.根据权利要求1所述的一种类桁架点阵夹芯结构体，其特征在于：多个第一拼接板条(3)沿下面板(2)的一个对角线的方向匀布在下面板(2)的上端面上，多个第二拼接板条(4)沿下面板(2)的另一个对角线的方向匀布在下面板(2)的上端面上。
4.根据权利要求2或3所述的一种类桁架点阵夹芯结构体，其特征在于：当多个第一拼接板条(3)和多个第二拼接板条(4)交叉排列时，每个第一拼接板条(3)上第一凸曲面(3-1)与其相交叉的第二拼接板条(4)的第二凸曲面(4-1)一一对应设置；每个第一拼接板条(3)上第一凹曲面(3-2)与其相交叉的第二拼接板条(4)的第二凹曲面(4-2)一一对应设置。
5.根据权利要求2或3所述的一种类桁架点阵夹芯结构体，其特征在于：当多个第一拼接板条(3)和多个第二拼接板条(4)交叉排列时，相邻两个第一拼接板条(3)之间的间距为第二拼接板条(4)中一个第二凹曲面(4-2)的长度；相邻两个第二拼接板条(4)之间的间距为第一拼接板条(3)中一个第一凸曲面(3-1)的长度。
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Citations (5)
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Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| GB2245523A (en) * | 1990-06-19 | 1992-01-08 | Team Consulting Ltd | Composite materials |
| US5609942A (en) * | 1995-03-13 | 1997-03-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Panel having cross-corrugated sandwich construction |
| CN102358048A (zh) * | 2011-08-03 | 2012-02-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺 |
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