CN107084309B - 一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种点阵‑泡沫填充体夹芯板结构，将点阵材料边缘区域浸入热固或热塑材料中，形成外壳结构，再将泡沫填充料注入壳体内部，形成一种点阵‑泡沫填充体夹芯板结构。本发明实现了孔隙材料和点阵材料的复合，获得具有高强性能的复合材料结构构件，具有突出的抗冲击特性，造价低廉，在军事、土木工程、机械制造、安全防护等领域具有广泛的应用前景，该点阵‑泡沫填充体夹芯板结构能够有效的减轻结构自重，提高拉压强度，改善冲击变形性能，具有较高冲击能量吸收率，尤其在土木工程行业中，更可以发挥其高强度、高刚度和优良的抗冲击性能，该复合材料结构取材方便，方法简易，可实现大规模批量化生产，应用前景十分可观。
Description
技术领域
本发明属于工程结构领域，尤其涉及一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构。
背景技术
随着工程技术的迅猛发展，工程师们对结构轻量化及功能多样化提出了迫切的要求。超轻多孔材料是近年来随着材料制备与机械加工技术的迅速发展而出现的一类新型的多功能材料，具有结构功能一体化的显著特征。
点阵结构芯体具有高孔隙率，可以通过对点阵结构的单胞构型设计使点阵结构具有高比强度、高比刚度、高抗弯强度的优点，使得在相同结构承载力作用下可节省大量的材料，大大减轻了结构自重。孔隙材料（包括泡沫混凝土、泡沫塑料、泡沫铝等）变形以胞元壁弯曲为主，其宏观强度由胞元壁的抗弯强度所控制，由于孔隙材料的胞元壁较薄，导致其抗弯强度很低，阻碍了其在工程领域的广泛应用。为解决上述问题，发明一种多功能夹芯板结构十分必要的。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构，将点阵结构和泡沫填充体相结合，发挥各自的优良性能，通过复合的方式实现各自功能的优势集成，实现多种功能融合。
为了达到上述目的，本发明的点阵-泡沫填充体夹芯板结构制备方法如下：
1）点阵材料由单胞元延拓布置形成，单胞元是由杆件构成的稳定结构，形状有金字塔、四面体及其它多面体形状，金字塔型单胞结构如如A-1'-2'-4'-5'，定义直角坐标系，单胞的高度方向为Z轴方向，单胞底面上的点位于X-Y平面上。通过单胞结构在X与Y方向上的周期延拓布置，形成单片点阵结构（b），将相同的单片点阵结构以单胞元顶点所在的X-Y平面为对称平面进行镜像对称延拓，形成所需的多层空间点阵结构；
2）将形成的多层空间点阵结构与平面网片结构（a）连接，形成表面结构，1~9与1'~9'为多层空间点阵结构与平面网片结构（a）的连接点；（1~9与1'~9'只是一种示意，实际材料里有若干连接点）
3）将表面结构及邻近区域浸入热固或热塑材料中，形成外壳结构；
4）将泡沫填充材料注入壳体内，最终形成一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构。
所述的点阵材料由金属、纤维增强复合材料及其它非金属材料构成。
所述的热固或热塑材料为混凝土、水泥浆、塑料等。
所述的泡沫填充材料为泡沫塑料、泡沫混凝土、泡沫铝等。
本发明的有益效果是：
本发明吸收了孔隙填充材料（如泡沫混凝土）冲击能量吸收率高、隔振、隔音、耐腐、耐火等优点，以及点阵结构横向抗剪切强度及承载能力高、超轻质高强度的优良性能，将两种结构复合以实现多功能的耦合，获得综合性能更加优异的结构功能一体化材料，可以通过控制点阵结构的胞单元的形状与尺寸以及泡沫混凝土的体积密度、水泥标号、发泡剂类型来提高材料的抗冲击、抗火等各项性能，以传统结构相比，本发明具有更低的成本，方法简便，使用范围广。
附图说明
图1为本发明的点阵-泡沫填充体夹芯板的结构示意图；
图2为本发明的点阵-泡沫填充体夹芯板的结构的立面图；
图3为本发明的金字塔型单胞元示意图；
图4为本发明的正四面体型单胞元示意图。
其中有：平面网片结构（a），单片点阵结构（b），热固或热塑材料（c），泡沫填充材料（d），多层空间点阵结构与平面网片结构的连接点1~9与1'~9'，多层空间点阵结构单层之间的连接点A、B、C、D。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
1）如图1、2所示，本实施例中制备的是一个复合材料夹芯板结构，包括平面网片结构（a），单片点阵结构（b），热固或热塑材料（c），泡沫填充材料（d），多层空间点阵结构与平面网片结构的连接点1~9与1'~9'，多层空间点阵结构单层之间的连接点A、B、C、D。
2）通过单胞结构在X与Y方向上的周期延拓布置，形成单片点阵结构（b），将相同的单片点阵结构以单胞元顶点所在的X-Y平面为对称平面进行镜像对称延拓，形成所需的多层空间点阵结构。本实施例中制备的复合材料夹板结构中单片点阵结构（b）共有2层，可扩展为多层。
3）将形成的多层空间点阵结构与平面网片结构（a）连接，形成表面结构，1~9与1'~9'为多层空间点阵结构（b）与平面网片结构（a）的连接点。
4）将表面结构及邻近区域浸入热固或热塑材料（c）中，形成外壳结构。
5）将泡沫填充材料（d）注入壳体内，最终形成一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构。
图3为本实施例金字塔型单胞元示意图，包括立体图、主视图与俯视图。
图4为正四面体型单胞元示意图，包括立体图、主视图与俯视图。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (4)
1.一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）点阵材料由单胞元延拓布置形成，单胞元是由杆件构成的稳定结构，形状有金字塔、四面体及其它多面体形状，定义直角坐标系，单胞元的高度方向为Z轴方向，单胞元底面上的点位于X-Y平面上，通过单胞元结构在X与Y方向上的周期延拓布置，形成单片点阵结构（b），将相同的单片点阵结构以单胞元顶点所在的X-Y平面为对称平面进行镜像对称延拓，形成多层空间点阵结构；
2）将形成的多层空间点阵结构与平面网片结构（a）连接，形成表面结构，1~9与1'~9'为多层空间点阵结构与平面网片结构（a）的连接点；
3）将表面结构及邻近区域浸入热固或热塑材料中，形成外壳结构；
4）将泡沫填充材料注入壳体内，最终形成一种点阵-泡沫填充体夹芯板结构。
2.根据权利要求1所述点阵-泡沫填充体夹芯板结构的制备方法，其特征在于：所述的点阵材料由金属、纤维增强复合材料及其它非金属材料构成。
3.根据权利要求1所述点阵-泡沫填充体夹芯板结构的制备方法，其特征在于：所述的热固或热塑材料为水泥浆或塑料。
4.根据权利要求1所述点阵-泡沫填充体夹芯板结构的制备方法，其特征在于：所述的泡沫填充材料为泡沫塑料、泡沫混凝土或泡沫铝。
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