CN106739292A - 一种加强型蜂窝复合板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加强型蜂窝复合板，包括蜂窝芯、上面板、下面板，蜂窝芯包括若干六边形单元胞体，六边形单元胞体的外单元胞体内衍生有若干层尺寸逐渐缩小的内单元胞体，内单元胞体与外单元胞体共轴，而且相对的边平行，相对的角通过壁面连接。本发明对蜂窝芯进行改进，并通过加强型的复合纤维铺层组合结构，在抗弯、低速冲击方面拥有较好的力学特性。蜂窝芯的孔型增多且有规律排布，具有更加优越的刚性强度和极限破坏载荷，其质量轻、强度高的特点符合目前工业应用领域的需求，具有较好的轻量化特性。上面板、下面板为复合纤维铺层，具有比强度高，比模量大，可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好、热膨胀系数大等特点。
Description
技术领域
本发明涉及机械承载以及建筑材料领域，更具体地说，涉及一种加强型蜂窝复合板。
背景技术
铝蜂窝复合板由于其质量小、强度高、刚性好、隔热等优点，使其在汽车、航空航天、机械等领域的高质量、高能耗装备中的应用越来越广泛。
铝蜂窝复合板材由上、下面板以及中间蜂窝夹芯组成，承载过程中，上、下面板承受较大部分的弯矩，中间蜂窝夹芯承受主要的剪力。
一方面，传统的蜂窝夹芯结构以简单单元胞体结构为主，结构设计较为单一，夹芯截面与上下面板的接触面积小，使得蜂窝夹芯与面板的接触强度偏低，容易导致面板与蜂窝芯剥离。
另一方面，目前单一的上、下面板设计难以满足当前快速发展的工业设计需求，传统的上、下面板以单层的轻薄铝板为主，对抵抗外部低速冲击与弯曲的性能较弱。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高蜂窝复合板的力学承载能力的加强型蜂窝复合板。
本发明的技术方案如下：
一种加强型蜂窝复合板，包括蜂窝芯、上面板、下面板，蜂窝芯包括若干六边形单元胞体，六边形单元胞体的外单元胞体内衍生有若干层尺寸逐渐缩小的内单元胞体，内单元胞体与外单元胞体共轴，而且相对的边平行，相对的角通过壁面连接。
作为优选，上面板、下面板为复合纤维铺层，复合纤维铺层为纤维铺层、支撑片、纤维铺层的夹层结构。
作为优选，纤维铺层包括多层交错重叠布置的纤维布。
作为优选，纤维铺层为上铺层、横向铺层、下铺层的多层结构。
作为优选，上铺层、下铺层包括多个铺层单元，每个铺层单元包括若干交错重叠布置的纤维布。
作为优选，铺层单元包括竖直铺纤维布、两个对称交叉的斜向铺纤维布；横向铺层为横向铺纤维布，横向铺纤维布与上铺层、下铺层的铺层单元交错重叠于竖直铺纤维布与斜向铺纤维布的交叉位置。
作为优选，蜂窝芯与上面板、蜂窝芯与下面板之间设置粘剂层。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的加强型蜂窝复合板，对蜂窝芯进行改进，并通过加强型的复合纤维铺层组合结构，在抗弯、低速冲击方面拥有较好的力学特性。本发明的蜂窝芯以传统简单六边形单元胞体为基础进行多孔演化，采用周期性衍生的设计思路，使最外层的外单元胞体内部衍生相应的内单元胞体，具有较强的抗承载调节性和控制性，适合不同的外部承载条件。蜂窝芯的孔型增多且有规律排布，具有更加优越的刚性强度和极限破坏载荷，其质量轻、强度高的特点符合目前工业应用领域的需求，具有较好的轻量化特性。蜂窝芯的孔型增多，还增大了蜂窝芯与上面板、下面板的接触面积，粘合力度更大，粘合更加紧密，降低了上面板、下面板与蜂窝芯剥离的损伤危害，提高了蜂窝复合板整体结构在面外承载过程中的稳定性。
上面板、下面板为复合纤维铺层，具有比强度高，比模量大，可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好、热膨胀系数大等特点。这些特点使得复合纤维铺层能满足现代结构承载向重载、轻质高强等工业设计领域发展。复合纤维铺层的三层结构可以有效的减缓上面板上表面的抗压与下表面的抗拉带来的损伤危害，一定程度上有效的提高了其抵抗低速冲击以及弯曲的能力。铺层单元交错式多方向铺层方式，有效提高上面板、下面板在异向工况下的承载能力。
本发明结构稳定，可以适用于不同的领域承载条件与轻量化需求，能够较好的表现其力学特性，可以应用在机械承载、建筑材料与工业装备设计等方面，应用领域广。
附图说明
图1是本发明的结构爆炸示意图；
图2是六边形单元胞体的横截面示意图(衍生两层内单元胞体)；
图3是蜂窝芯的横截面示意图(衍生两层内单元胞体)；
图4是六边形单元胞体的横截面示意图(衍生一层内单元胞体)；
图5是蜂窝芯的横截面示意图(衍生一层内单元胞体)；
图6是上面板、下面板(复合纤维铺层)的结构爆炸示意图；
图7是铺层单元的结构示意图；
图8是纤维铺层的结构示意图(只截取局部进行示出)；
图中：10是上面板，11是下面板，12是粘剂层，13是蜂窝芯，20是六边形单元胞体，21是外单元胞体，22是内单元胞体，23是壁面，30是纤维铺层，301是上铺层，302是下铺层，303是横向铺层，31是支撑片，32是铺层单元，321是竖直铺纤维布，322是斜向铺纤维布。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明为了解决现有技术存在的易剥离、抵抗外部低速冲击与弯曲的性能弱等不足，提供一种加强型蜂窝复合板，如图1所示，包括蜂窝芯13、上面板10、下面板11，为了增加蜂窝芯13与上面板10、下面板11之间的粘合强度，在蜂窝芯13与上面板10、蜂窝芯13与下面板11之间设置粘剂层12，将蜂窝芯13、上面板10、下面板11粘合为一体，增强蜂窝芯13与上面板10、下面板11之间的粘合强度。
蜂窝芯13包括若干六边形单元胞体20，为了增强蜂窝芯13的力学抗承载能力，本发明的蜂窝芯13以传统简单六边形单元胞体20为基础进行多孔演化，采用周期性衍生的设计思路，如图2至图5所示，六边形单元胞体20的外单元胞体21内衍生有若干层尺寸逐渐缩小的内单元胞体22，内单元胞体22与外单元胞体21共轴，而且相对的边平行，相对的角通过壁面23连接。即最外层的外单元胞体21内部衍生相应的内单元胞体22，则蜂窝芯13的横截面呈仿生的蜘蛛网结构。与现有技术的蜂窝芯13相比，本发明所述的蜂窝芯13的孔型增多且有规律排布，表现出更加优越的刚性强度和极限破坏载荷；质量轻强度高的特点符合目前工业应用领域的需求，轻量化特性表现优越。
本发明通过对蜂窝芯13进行多孔有规律的衍生变化，蜂窝芯13的孔型增多，增大了蜂窝芯13与上面板10、下面板11的接触面积，粘合力度更大，粘合更加紧密，蜂窝芯13与上面板10、下面板11的接触强度增大，降低了上面板10、下面板11与蜂窝芯13剥离的材料损伤危害，提高了蜂窝复合板整体结构在面外承载过程中的稳定性。
内单元胞体22的尺寸大小可以由比例公式ψ1＝L1/L0与ψ2＝L2/L0确定。如图2、图3所示，其中L0为最外层的外单元胞体21边长，L1为次小级内单元胞体22边长，L2为最小级内单元胞体22边长，构型中有0≤L2≤L1，0≤ψ2≤ψ1恒成立。当ψ2＝0时，如图4、图5所示，外单元胞体21内部只有一个内单元胞体22。
则蜂窝芯13的相对密度公式可以用来表示。其中，t为蜂窝厚度。由相对密度公式可知，通过改变厚度t,大边长L0,以及比例ψ1的方式，可以确定其相对密度值，而结构的相对密度决定了其动态承载能力。由此，通过设计合理的参数值来调节蜂窝芯13的相对密度，从而可以达到控制和调节本发明的动态承载能力，使得本发明的蜂窝芯13的应用面更广，力学性能可控性强，达到较好改善其力学抗承载能力的目的。
本发明的上面板10、下面板11为复合纤维铺层，如图6所示，复合纤维铺层为纤维铺层30、支撑片31、纤维铺层30的夹层结构。其中，复合纤维铺层具有比强度高，比模量大，可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好，热膨胀系数大等特点，使得复合纤维铺层能满足现代结构承载向重载、轻质高强等工业设计领域发展。支撑片31(如薄铝片)上下表面均贴附着复合纤维铺层，当本发明所述的蜂窝复合板承力时，上面板10最先受到力的作用，通过复合纤维铺层对支撑片31的两面进行适当强化，可以有效的减缓上面板10上表面的抗压与下表面的抗拉带来的损伤危害，一定程度上有效的提高了其抵抗低速冲击以及弯曲的能力。
其中，纤维铺层30包括多层交错重叠布置的纤维布，采用交错式多方向铺层方式，有效提高面板异向工况下的承载能力。如图7、图8所示，纤维铺层30为上铺层301、横向铺层303、下铺层302的多层结构。上铺层301、下铺层302包括多个铺层单元32，每个铺层单元32包括若干交错重叠布置的纤维布。铺层单元32包括竖直铺纤维布321、两个对称交叉的斜面铺纤维布322；横向铺层303为横向铺纤维布，横向铺纤维布与上铺层301、下铺层302的铺层单元32交错重叠于竖直铺纤维布321与斜面铺纤维布322的交叉位置。其中，斜面铺纤维布322与竖直铺纤维布321之间形成的铺设角度、材料类型、纤维层数、厚度等可根据不同应用领域进行相应的实施。铺层单元32的纤维布与纤维布之间、铺层单元32的纤维布与支撑板之间均可通过增强型环氧树脂等粘剂充分粘贴。本实施例中，纤维布可包括玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)等。
纤维铺层30的交错式多方向铺层结构，一方面可提高上铺层301、横向铺层303、下铺层302之间的接触强度，提高纤维材料的铺层强化作用，另一方面可均匀提高粘贴上面板10、下面板11不同方向的力学承载。本发明中通过蜂窝芯13的结构与纤维铺层30的材料分布相结合，使其较传统的蜂窝结构在面外承载状态下表现出更加优越的力学性能。综合纤维增强型的上面板10、下面板11与蜂窝芯13的设计，本发明的蜂窝复合板抵御低速冲击与抗弯的能力得到整体提高。
本发明从蜂窝芯13和上面板10、下面板11出发，对蜂窝复合板(如铝制蜂窝复合板)进行了整体设计，且区别于传统的简单铝蜂窝夹芯结构，整体上改善了传统铝蜂窝夹芯结构的抗承载能力。本发明所述的蜂窝复合板可以应用到任何相关的承载性复合板中，例如墙体复合板，复合地板等。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。
Claims (7)
1.一种加强型蜂窝复合板，包括蜂窝芯、上面板、下面板，其特征在于，蜂窝芯包括若干六边形单元胞体，六边形单元胞体的外单元胞体内衍生有若干层尺寸逐渐缩小的内单元胞体，内单元胞体与外单元胞体共轴，而且相对的边平行，相对的角通过壁面连接。
2.根据权利要求1所述的加强型蜂窝复合板，其特征在于，上面板、下面板为复合纤维铺层，复合纤维铺层为纤维铺层、支撑片、纤维铺层的夹层结构。
3.根据权利要求2所述的加强型蜂窝复合板，其特征在于，纤维铺层包括多层交错重叠布置的纤维布。
4.根据权利要求3所述的加强型蜂窝复合板，其特征在于，纤维铺层为上铺层、横向铺层、下铺层的多层结构。
5.根据权利要求4所述的加强型蜂窝复合板，其特征在于，上铺层、下铺层包括多个铺层单元，每个铺层单元包括若干交错重叠布置的纤维布。
6.根据权利要求5所述的加强型蜂窝复合板，其特征在于，铺层单元包括竖直铺纤维布、两个对称交叉的斜向铺纤维布；横向铺层为横向铺纤维布，横向铺纤维布与上铺层、下铺层的铺层单元交错重叠于竖直铺纤维布与斜向铺纤维布的交叉位置。
7.根据权利要求1所述的加强型蜂窝复合板，其特征在于，蜂窝芯与上面板、蜂窝芯与下面板之间设置粘剂层。
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