CN106969678B - 用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：包括两块金属面板、分别设于两块金属面板相对的表面上的多个半球形节点以及夹芯杆，所述半球形节点为一钢制半球，其球面上设有四个对称的连接点；四个夹芯杆的一端与其中一个金属面板上的一个半球形节点上的连接点相连，组成以该半球形节点为顶点的四棱锥单元，四个夹芯杆的另一端分别与相对的另一个金属面板上四个半球形节点的连接点相连，相对的另一个金属面板上四个半球形节点又分别作为新的顶点与其他三个夹芯杆组成新的四棱锥单元；如此循环重复，直至在两个金属面板之间形成四棱锥网络结构。本发明结构简单稳定，通过简单结构极大提高减震抗冲击能力。

Description

用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构
技术领域
本发明涉及复合结构领域，特别涉及一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构。
背景技术
我国作为水利发电大国，已在长江、黄河等重要的大江大河上建造了大量大型的梯级大坝群，大坝同时也承担着收到恐怖袭击分子的攻击风险，一旦失事，将对下游造成不可估量的灾难和损失，因此，大坝的安全防护尤为重要。针对水下爆炸，目前主要通过被动防护措施提高大坝的抗爆性能，但是大坝水下抗爆的研究较少且目前并不具备成熟的大坝防护装置。而点阵结构是应运而生的一种新型结构。它具有高比刚度、高比强度、可设计性强以及满足多功能化需求的优点，在建筑防护领域有很大的利用前景，但对抗震消能方面仍有自身的结构缺陷尚待改进
但目前，而传统金属材料的夹芯结构面板与芯子之间是通过粘结或焊接连接，易造成弱界面缺陷，于其自身阻尼较小，没有损耗能量的途径，所以其在减振方面有天生的缺陷。且当前金字塔点阵结构抗震能力较差，可逆性差，当承载过大载荷时易产生脆性崩塌，难以应对水下爆炸的情况，
发明内容
本发明的目的是提供一种用于水下爆炸消能的可伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，解决现有结构整体抗震性不足，塑性较差的问题，使其可应用于水下爆炸消能缓冲领域。
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现。
一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，包括两块金属面板、分别设于两块金属面板相对的表面上的多个半球形节点以及夹芯杆，所述半球形节点为一钢制半球，其球面上设有四个对称的连接点；四个夹芯杆的一端与其中一个金属面板上的一个半球形节点上的连接点相连，组成以该半球形节点为顶点的四棱锥单元，四个夹芯杆的另一端分别与相对的另一个金属面板上四个半球形节点的连接点相连，相对的另一个金属面板上四个半球形节点又分别作为新的顶点与其他三个夹芯杆组成新的四棱锥单元；如此循环重复，直至在两个金属面板之间形成四棱锥网络结构。
作为改进，所述半球形节点与两个金属面板分别通过环氧树脂胶连接。
作为改进，所述的环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的乐泰或铸工胶。
作为改进，所述金属面板为金属平面结构，为铝板、铝合金板、钛板或钛合金板，并对金属面板与半球形节点之间的连接面进行机械打磨或磷化液化学氧化处理，以增强胶接强度。
作为改进，所述半球形节点球面上的连接点为螺纹孔，所述夹芯杆两端分别设有与螺纹孔配合的螺纹，半球形节点与夹芯杆通过螺纹配合连接。
作为改进，所述夹芯杆由两个棱杆通过伸缩套杆相连组成，两个棱杆相对的一端分别套在伸缩套杆内，并在伸缩套杆内可自由滑动，伸缩套杆内两个棱杆的端部之间设有消能弹簧，伸缩套杆两端分别设有将其与两个棱杆相对固定的卡扣。
作为改进，所述消能弹簧为采用碳纤维复合材料制成的碳纤维弹簧。
本发明的有益效果：
1、通过用半球形节点连接金属面板和夹芯杆形成伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，克服了传统金属材料夹芯结构面板与芯子之间因需要粘结或焊接所带来的节点处性能不稳定的缺点；使用环氧胶胶接方法制备四棱锥夹芯板可在保持高比强度、高比刚度的同时，极大的降低成本，在交通运输、建筑装饰领域具有重要的应用前景，且由于其通孔结构，功能扩展性强。即应用点阵金属优异的力学性能实现高比强度、高比刚度的轻质多孔的减震缓冲材料。
2、利用碳纤维弹簧和伸缩套杆，应用四棱锥点阵金属夹层结构优异的力学性能以及碳纤维弹簧吸能的各自优势，结合两者的优点，实现多功能的耦合，获得综合性能更加优异的结构功能材料，有效增大四棱锥结构阻尼，极大提高自身减震能力。
3、解决当前金字塔点阵结构抗震能力较差，可逆性差的问题，具备良好的抗震消能功能，可应用于水下爆炸消能缓冲领域。
附图说明
图1为本发明的半球形节点的结构示意图；
图2为本发明的夹芯杆的结构示意图；
图3为本发明的单个四棱锥单元的结构示意图；
图4为本发明的四棱锥夹芯结构的平面结构示意图；
图5为本发明的四棱锥夹芯结构的整体结构示意图。
图中：1-金属面板，2-半球形节点，3-螺纹孔，4-棱杆，5-消能弹簧，6-卡扣，7-伸缩套杆。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步说明。
如图1、图3和图5所示，一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，包括两块金属面板1、分别设于两块金属面板1相对的表面上的多个半球形节点2以及夹芯杆，所述半球形节点2为一钢制半球，其球面上设有四个对称的连接点；四个夹芯杆的一端与其中一个金属面板1上的一个半球形节点2上的连接点相连，组成以该半球形节点2为顶点的四棱锥单元，四个夹芯杆的另一端分别与相对的另一个金属面板1上四个半球形节点2的连接点相连，单个四棱锥单元内有五个半球形节点2，相对的另一个金属面板1上四个半球形节点2又分别作为新的顶点与其他三个夹芯杆组成新的四棱锥单元；如此循环重复，直至在两个金属面板1之间形成四棱锥网络结构。通过本结构设置，保证节点稳定，受压过程中节点处无破坏现象发生，且夹芯空间结构可设计性强；杆件为三维杆，与传统方法中使用的二维杆相比抗失稳能力强。
如图3所示，所述半球形节点2与两个金属面板1分别通过环氧树脂胶连接，位于四棱锥单元顶点处的半球形节点2与上部的金属面板1连接，位于四棱锥单元四个角点处半球形节点2与下部的金属面板1连接，由双组份环氧树脂胶连接成四棱锥结构点阵金属夹层板，所述的环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的乐泰或铸工胶。
所述金属面板1为金属平面结构，为铝板、铝合金板、钛板或钛合金板，并对金属面板1与半球形节点2之间的连接面进行机械打磨或磷化液化学氧化处理，以增强胶接强度。
所述半球形节点2球面上的连接点为螺纹孔3，所述夹芯杆两端分别设有与螺纹孔3配合的螺纹，半球形节点2与夹芯杆通过螺纹配合连接。
所述夹芯杆由两个棱杆4通过伸缩套杆7相连组成，所述棱杆4为一端带螺纹的金属圆杆，两个棱杆4相对的一端分别套在伸缩套杆7内，并在伸缩套杆7内可自由滑动，伸缩套杆7内两个棱杆4的端部之间设有消能弹簧5，消能弹簧5为圆柱形弹簧，其地面半径略小于伸缩套杆7的内径，伸缩套杆7两端分别设有将其与两个棱杆4相对固定的卡扣6，在未收到冲击时伸缩套杆7保持自身强度，并保证四棱锥网络的刚度稳定性，当受到冲击或荷载时，卡扣6被冲破伸缩套杆7收缩，消能弹簧5开始承受压力，和四棱锥网络共同耦合作用，缓冲吸能。
所述消能弹簧5为采用碳纤维复合材料制成的碳纤维弹簧。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了金属面板1、半球形节点2、螺纹孔3、棱杆4、消能弹簧5，卡扣6、伸缩套杆7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：包括两块金属面板、分别设于两块金属面板相对的表面上的多个半球形节点以及夹芯杆，所述半球形节点为一钢制半球，其球面上设有四个对称的连接点；四个夹芯杆的一端与其中一个金属面板上的一个半球形节点上的连接点相连，组成以该半球形节点为顶点的四棱锥单元，四个夹芯杆的另一端分别与相对的另一个金属面板上四个半球形节点的连接点相连，相对的另一个金属面板上四个半球形节点又分别作为新的顶点与其他三个夹芯杆组成新的四棱锥单元；如此循环重复，直至在两个金属面板之间形成四棱锥网络结构；所述夹芯杆由两个棱杆通过伸缩套杆相连组成，两个棱杆相对的一端分别套在伸缩套杆内，并在伸缩套杆内可自由滑动，伸缩套杆内两个棱杆的端部之间设有消能弹簧，伸缩套杆两端分别设有将其与两个棱杆相对固定的卡扣；当受到冲击或荷载时，卡扣被冲破伸缩套杆收缩，消能弹簧开始承受压力，和四棱锥网络共同耦合作用，缓冲吸能。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：所述半球形节点与两个金属面板分别通过环氧树脂胶连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：所述的环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的乐泰或铸工胶。
4.根据权利要求1所述的一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：所述金属面板为金属平面结构，为铝板、铝合金板、钛板或钛合金板，并对金属面板与半球形节点之间的连接面进行机械打磨或磷化液化学氧化处理，以增强胶接强度。
5.根据权利要求1所述的一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：所述半球形节点球面上的连接点为螺纹孔，所述夹芯杆两端分别设有与螺纹孔配合的螺纹，半球形节点与夹芯杆通过螺纹配合连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于水下爆炸消能的伸缩式柔性四棱锥夹芯结构，其特征在于：所述消能弹簧为采用碳纤维复合材料制成的碳纤维弹簧。
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