CN109318541B - 一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，该夹层结构包括上面板、下面板和双向波纹点阵芯材；双向波纹点阵芯材由单向波纹板和多个点阵组成，单向波纹板上的波峰和波谷均为平面；每个点阵包括两个侧板和一个顶板，侧板两侧的端面与波纹的侧壁相连，侧板的底端面与波纹的底面相连，两个侧板的顶端端面与顶板固定连接，顶板与波纹的波峰处于同一平面内，波峰或波谷内的点阵沿单向波纹板的波纹方向位于同一直线上，单向波纹板上所有的点阵共同组成与单向波纹板波纹方向不同的连续波纹；上下面板分别固定在双向波纹点阵芯材的上下表面。本发明能够弥补单向波纹夹芯结构横向力学性能的不足，显著提高夹芯结构的横向以及抗剪等力学性能。

Description

一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构
技术领域
本发明涉及复合材料点阵夹层结构梁、板、壳结构件，具体涉及一种具有双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，属于材料结构技术领域。
背景技术
复合材料夹层结构一般有三部分组成，最外侧是上下面板，主要承载正应力，一般为玻璃纤维、碳纤维等纤维增强复合材料；中间层是芯材，主要承载剪切应力，用的较多的是泡沫、轻木或蜂窝等。芯材和面板之间可以通过胶粘粘接在一起，也可通过其他方式连接。
复合材料夹层结构充分利用了复合材料比强度、比模量高的优势，借助芯材提高截面惯性矩，从而达到理想的结构力学性能，其应用领域越来越广泛，涉及到国防、军事、车辆、舰船、潜艇、建筑、桥梁等。复合材料波纹结构是复合材料加层结构的一种，其芯材所用材料在几何上呈现波纹形状。芯材所用的材料由玻璃纤维、碳纤维和泡沫等构成。目前所报道的波纹结构一般是面内呈单向波纹形式，其面内力学性能有一定的方向性，必然存在一个方向的力学性能弱的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，能够弥补单向波纹夹芯结构横向力学性能的不足，显著提高夹芯结构的横向以及抗剪等力学性能。
一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，该夹层结构包括上面板、下面板和双向波纹点阵芯材；
所述双向波纹点阵芯材由单向波纹板和单向波纹板的波纹内的多个点阵组成，单向波纹板上具有连续的单向波纹结构，波纹结构的波峰和波谷均为平面；每个点阵包括两个侧板和一个顶板，两个侧板的两侧的端面与波纹的侧壁相连，侧板的底端面与波纹的底面相连，两个侧板的顶端端面同时与顶板固定连接，顶板与波纹的波峰或波谷处于同一平面内，波峰或波谷内的点阵沿单向波纹板的波纹方向位于同一直线上，单向波纹板上所有的点阵共同组成与单向波纹板波纹方向不同的连续波纹；
所述上面板和下面板分别固定在双向波纹点阵芯材的上下表面，单向波纹板波峰和波谷的外侧表面以及点阵中的顶板与上面板和下面板贴合并固定。
进一步地，所述上面板、下面板和双向波纹点阵芯材是玻纤、碳纤、轻金属或纤维增强复合材料。
进一步地，所述上面板和下面板与双向波纹点阵芯材形成的波纹空隙中可以增加填充物，填充物的材料为泡沫、Balsa木、胶合板或玻璃微珠，实现结构功能承载一体化。
进一步地，所述上面板和下面板与双向波纹点阵芯材的固定形式采用树脂粘结。
进一步的，所述树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
进一步地，所述单向波纹板的波纹横截面为梯形或矩形。
进一步地，所述双向波纹点阵芯材采用整体成型的加工方式。
进一步地，所述双向波纹点阵芯材面内两方向的波纹夹角为0～90°。
进一步地，所述夹层结构采用平面或曲面结构。
有益效果：
本发明的夹层结构采用了双向波纹点阵芯材，由于双向波纹点阵芯材中的点阵与单向波纹板共同形成了双向波纹结构，能够显著提高芯材的抗压和抗剪能力，另外芯层波纹间的空隙可以增加填充物，实现结构的功能和承载一体化。
附图说明
图1是双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构爆炸示意图
图2是双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构斜视图
图3是双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构的芯层斜视图
图4是双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构的芯层正视图
图5是双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构的芯层背视图
图6是空隙内具有填充物的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构示意图
图7是空隙内具有填充物的双向波纹点阵芯材示意图
其中，1-上面板、2-波纹空隙、3-双向波纹点阵芯材、4-下面板、5-单向波纹板、6-侧板、7-顶板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1和2所示，本发明提供了一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，该夹层结构包括上面板1、下面板4和双向波纹点阵芯材3，上面板1和下面板4分别通过树脂粘接在双向波纹点阵芯材3的上下表面，双向波纹点阵芯材3上具有波纹空隙2，上面板1、下面板4和双向波纹点阵芯材3的材料采用玻纤、碳纤、轻金属或纤维增强复合材料。
如附图3所示，双向波纹点阵芯材3由单向波纹板和单向波纹板的波纹内的多个点阵组成，点阵在单向波纹板内形成双向波纹点阵芯材3上的波纹空隙2；单向波纹板上具有连续的单向波纹结构，波纹横截面为梯形，单向波纹结构的波峰和波谷均为平面；每个点阵包括两个侧板6和一个顶板7，侧板6为梯形结构，顶板7为矩形结构，两个侧板6的两侧的端面与波纹的侧壁相连，侧板6的底端面与波纹的底面相连，两个侧板6的顶端端面同时与顶板7固定连接，顶板7与波纹的波峰或波谷处于同一平面内，点阵在同一个波峰和波谷内等间距排列，波峰或波谷内的点阵沿单向波纹板的波纹方向位于同一直线上，单向波纹板上所有的点阵共同组成与单向波纹板波纹方向呈900的连续波纹，如附图4和5所示。
如附图6和7所示，双向波纹点阵芯材3上的波纹空隙2内增加填充物并将空隙填满，填充物的材料为泡沫、Balsa木、胶合板或玻璃微珠，实现结构功能承载一体化。
根据加工条件和工艺要求，双向波纹点阵芯材采用整体成型的加工方式整体成型或分步拼接。
根据使用需求，该夹层结构采用平面、曲面或异型面结构。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (8)

1.一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，该夹层结构包括上面板、下面板和双向波纹点阵芯材；
所述双向波纹点阵芯材由单向波纹板和单向波纹板的波纹内的多个点阵组成，单向波纹板上具有连续的单向波纹结构，波纹结构的波峰和波谷均为平面；每个点阵包括两个侧板和一个顶板，两个侧板的两侧的端面与波纹的侧壁相连，侧板的底端面与波纹的底面相连，两个侧板的顶端端面同时与顶板固定连接，顶板与波纹的波峰或波谷处于同一平面内，波峰或波谷内的点阵沿单向波纹板的波纹方向位于同一直线上，单向波纹板上所有的点阵共同组成与单向波纹板波纹方向不同的连续波纹；
所述上面板和下面板分别固定在双向波纹点阵芯材的上下表面，单向波纹板波峰和波谷的外侧表面以及点阵中的顶板与上面板和下面板贴合并固定。
2.如权利要求1所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述上面板、下面板和双向波纹点阵芯材是玻纤、碳纤、轻金属或纤维增强复合材料。
3.如权利要求1或2所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述上面板和下面板与双向波纹点阵芯材形成的波纹空隙中增加填充物，填充物的材料为泡沫、Balsa木、胶合板或玻璃微珠。
4.如权利要求3所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述上面板和下面板与双向波纹点阵芯材的固定形式采用树脂粘结。
5.如权利要求4所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
6.如权利要求5所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述单向波纹板的波纹横截面为梯形或矩形。
7.如权利要求1所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述双向波纹点阵芯材采用整体成型的加工方式。
8.如权利要求6或7所述的双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构，其特征在于，所述夹层结构是平面或曲面圆柱结构。
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