CN107498948A - 一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，通过对两种不同厚度的冲孔菱形板采用模压、折叠技术，制成芯子杆件边长尺寸不同的两种金字塔型点阵芯层，然后将两种芯层按循环相间的分布形式与金属面板或隔板焊接，得到多层梯度点阵夹芯板。与非梯度多层点阵结构相比，此种多层梯度点阵结构大大减小了在爆炸载荷下各芯层间的变形差异，使各芯层的屈曲变形得到充分利用，后面板受爆炸冲击的影响减少了50％，起到了更好的防护作用。同时本发明保留了点阵结构高孔隙率的特点，也有利于进一步的功能复合。本发明以其优异的吸能机制，低密度，高比强度、比刚度，以及多功能复合潜质，在安全防护、军事等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于点阵夹芯板制备领域，具体涉及一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法。
背景技术
点阵夹芯材料在结构方面具有超轻、高比强、高比刚等特点；功能方面具有高效隔热散热、吸声效果佳、多功能集成等特点。在抗爆冲击性能方面，点阵夹芯结构开放性的拓扑构型为芯子在爆炸载荷作用下发生较大塑性变形提供了足够的空间，这使得点阵夹芯结构在吸收爆炸冲击能量方面具有更大的优势，但单层点阵夹芯结构在抗爆冲击方面的效果还是有限，基于此，对于多层点阵夹芯结构在抗爆炸冲击方面的设计显得尤为重要，但非梯度的多层点阵夹芯结构在爆炸载荷下各夹芯层变形差异很大，芯子杆件的屈曲变形没有得到充分利用，后面板受到爆炸冲击的影响较大，对后面板的防护作用较差。
本发明针对多层夹芯结构在抗爆冲击方面的不足，提供了一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，与非梯度多层点阵夹芯结构相比，本发明大大减小了各夹芯层之间的变形差异，使后面板受到爆炸冲击的影响减小了50％，能够起到更好的防护效果。
发明内容
本发明的目的在于提供减小在爆炸载荷下各芯层间的变形差异，保留点阵结构高孔隙率的特点的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种多层梯度点阵夹芯板包括金属前面板1、金属后面板2、金属隔板3和金字塔型点阵芯子4；
所述的金字塔型点阵芯子4是由多个金字塔型点阵结构单胞5组成；每个金字塔型点阵结构单胞5是由四根杆件组成的具有金字塔型的一体件；金字塔型点阵芯子4-1的杆件边长尺寸为较粗，金字塔型点阵芯子4-2的杆件边长尺寸为较细；金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2沿垂直面板方向从前到后循环相间分布。
所述金字塔型点阵芯子4中所有金字塔型点阵结构单胞5的上端面与金属前面板1或金属隔板3固定连接，金字塔型点阵芯子4中所有金字塔点阵结构单胞5的下端面与金属后面板2或金属隔板3固定连接。
所述的一种多层梯度点阵夹芯板可以为两层、三层或多层。
所述的金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2的芯子高度、芯子杆件与面板的夹角和芯子杆件的长度完全相同。
所述的金属隔板3两侧的金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2采用顶点正对的方式，金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2顶点正对的两个端面的几何中心的连线与金属隔板3垂直。
一种多层梯度点阵夹芯板的制备方法，包括以下步骤：
一、将较厚的金属材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子4-1。
二、将较薄的金属材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子4-2。
三、将金字塔型点阵芯子4-1、金字塔型点阵芯子4-2、金属前面板1、金属后面板2和金属隔板3清洗去除油污和锈迹。
四、采用顶点正对的方式逐层将金字塔点阵芯子4-1、金字塔型点阵芯子4-2与金属前面板1、金属后面板2和金属隔板3焊接制成多层梯度点阵夹芯板，且金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2沿垂直面板方向从前到后循环相间分布。
本发明的有益效果在于：
本发明利用点阵夹芯结构开放性的拓扑构型在抗冲击方面的优势设计了多层梯度点阵夹芯板，通过调整不同层的芯子杆件边长尺寸，得到两种相对密度大小不同的芯层，两种芯层在多层点阵夹芯结构中循环相间分布。与非梯度多层点阵结构相比，此种多层梯度点阵结构大大减小了在爆炸载荷下各芯层间的变形差异，使各芯层的屈曲变形得到充分利用，后面板受爆炸冲击的影响减少了50％，起到了更好的防护作用。同时本发明保留了点阵结构高孔隙率的特点，也有利于进一步的功能复合。
附图说明
图1为多层梯度点阵夹芯板的结构示意图；
图2为多层梯度点阵夹芯板结构不同芯层顶点正对示意图；
图3为顶点正对的两个点阵芯子的端面对顶放大示意图；
图4为金字塔型点阵结构单胞示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
具体实施方式一：本实施方式是一种多层梯度点阵夹芯板包括金属前面板1、金属后面板2、金属隔板3和金字塔型点阵芯子4；
所述的金字塔型点阵芯子4是由多个金字塔型点阵结构单胞5组成；每个金字塔型点阵结构单胞5是由四根杆件组成的具有金字塔型的一体件；金字塔型点阵芯子4-1的杆件边长尺寸为较粗，金字塔型点阵芯子4-2的杆件边长尺寸为较细；金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2沿垂直面板方向从前到后循环相间分布。
所述金字塔型点阵芯子4中所有金字塔型点阵结构单胞5的上端面与金属前面板1或金属隔板3固定连接，金字塔型点阵芯子4中所有金字塔点阵结构单胞5的下端面与金属后面板2或金属隔板3固定连接。
所述的一种多层梯度点阵夹芯板可以为两层、三层或多层。
所述的金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2的芯子高度、芯子杆件与面板的夹角和芯子杆件的长度完全相同。
所述的金属隔板3两侧的金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2采用顶点正对的方式，金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2顶点正对的两个端面的几何中心的连线与金属隔板3垂直。
一种多层梯度点阵夹芯板的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、将较厚的金属材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子4-1。
二、将较薄的金属材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子4-2。
三、将金字塔型点阵芯子4-1、金字塔型点阵芯子4-2、金属前面板1、金属后面板2和金属隔板3清洗去除油污和锈迹。
四、采用顶点正对的方式逐层将金字塔点阵芯子4-1、金字塔型点阵芯子4-2与金属前面板1、金属后面板2和金属隔板3焊接制成多层梯度点阵夹芯板，且金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2沿垂直面板方向从前到后循环相间分布。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的金字塔型点阵芯子4中所有金字塔型点阵结构单胞5的上端面与金属前面板1或金属隔板3固定连接是通过钎焊或激光焊进行连接；所述的金字塔型点阵芯子4中所有金字塔型点阵结构单胞5的下端面与金属后面板2或金属隔板3固定连接是通过钎焊或激光焊进行连接。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同点是：所述的金属前面板1、金属后面板2、金属隔板3和金字塔点阵芯子4为同种轻金属材料或同种重金属材料；所述的轻金属材料为铝合金；所述的重金属材料为不锈钢。其他步骤与具体实施方式一至二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的金属前面板1和金属后面板2的厚度相等，厚度尺寸均为3～5mm；所述的金属隔板3的厚度小于金属前面板1的厚度，厚度尺寸为0.5～1.5mm。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的金字塔型点阵芯子4-1的芯子杆件边长尺寸为2.55～3.55mm；所述的金字塔型点阵芯子4-2的芯子杆件边长尺寸为1.45～2.5mm。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的一种多层梯度点阵夹芯板的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、将2.55～3.55mm厚的铝合金或不锈钢材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子4-1。
二、将1.45～2.5mm厚的铝合金或不锈钢材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子4-2。
三、将金字塔型点阵芯子4-1、金字塔型点阵芯子4-2、金属前面板1、金属后面板2和金属隔板3清洗去除油污和锈迹。
四、采用顶点正对的方式逐层将金字塔点阵芯子4-1、金字塔型点阵芯子4-2与金属前面板1、金属后面板2和金属隔板3焊接制成多层梯度点阵夹芯板，且金字塔型点阵芯子4-1与金字塔型点阵芯子4-2沿垂直面板方向从前到后循环相间分布。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：一种多层梯度点阵夹芯板包括金属前面板(1)、金属后面板(2)、金属隔板(3)和金字塔型点阵芯子(4)；
所述的金字塔型点阵芯子(4)是由多个金字塔型点阵结构单胞(5)组成；每个金字塔型点阵结构单胞(5)是由四根杆件组成的具有金字塔型的一体件；金字塔型点阵芯子(4-1)的杆件边长尺寸为较粗，金字塔型点阵芯子(4-2)的杆件边长尺寸为较细；金字塔型点阵芯子(4-1)与金字塔型点阵芯子(4-2)沿垂直面板方向从前到后循环相间分布；
所述金字塔型点阵芯子(4)中所有金字塔型点阵结构单胞(5)的上端面与金属前面板(1)或金属隔板(3)固定连接，金字塔型点阵芯子(4)中所有金字塔点阵结构单胞(5)的下端面与金属后面板(2)或金属隔板(3)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的一种多层梯度点阵夹芯板可以为两层、三层或多层。
3.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的金属前面板(1)和金属后面板(2)的厚度相等，厚度尺寸均为3～5mm；所述的金属隔板3的厚度小于金属前面板(1)的厚度，厚度尺寸均为0.5～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的金字塔型点阵芯子(4-1)与金字塔型点阵芯子(4-2)的芯子高度、芯子杆件与面板的夹角和芯子杆件的长度完全相同。
5.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的金字塔型点阵芯子(4-1)的芯子杆件边长尺寸为2.55～3.55mm；所述的金字塔点阵芯子(4-2)的芯子杆件边长尺寸为1.45～2.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的金属隔板(3)两侧的金字塔型点阵芯子(4-1)与金字塔型点阵芯子(4-2)采用顶点正对的方式，金字塔型点阵芯子(4-1)与金字塔型点阵芯子(4-2)顶点正对的两个端面的几何中心的连线与金属隔板(3)垂直。
7.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的金属前面板(1)、金属后面板(2)、金属隔板(3)和金字塔点阵芯子(4)为同种轻金属材料或同种重金属材料；所述的轻金属材料为铝合金；所述的重金属材料为不锈钢。
8.根据权利要求1所述的一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：所述的金字塔型点阵芯子(4)中所有金字塔型点阵结构单胞(5)的上端面与金属前面板(1)或金属隔板(3)固定连接是通过钎焊或激光焊进行连接；所述的金字塔型点阵芯子(4)中所有金字塔型点阵结构单胞(5)的下端面与金属后面板(2)或金属隔板(3)固定连接是通过钎焊或激光焊进行连接。
9.一种多层梯度点阵夹芯板及其制备方法，其特征在于：一种多层梯度点阵夹芯板的制备方法包括以下步骤：
一、将2.55～3.55mm厚的铝合金或不锈钢材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子(4-1)；
二、将1.45～2.5mm厚的铝合金或不锈钢材料板做成冲孔菱形网，然后对冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔型点阵芯子(4-2)；
三、将金字塔型点阵芯子(4-1)、金字塔型点阵芯子(4-2)、金属前面板(1)、金属后面板(2)和金属隔板(3)清洗去除油污和锈迹；
四、采用顶点正对的方式逐层将金字塔型点阵芯子(4-1)、金字塔型点阵芯子(4-2)、金属前面板(1)、金属后面板(2)和金属隔板(3)焊接制成多层梯度点阵夹芯板，且金字塔型点阵芯子(4-1)与金字塔型点阵芯子(4-2)沿垂直面板方向从前到后循环相间分布。
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