CN110626007B - 一种多方案吸能夹层板结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料结构技术领域，尤其涉及一种多方案吸能夹层板结构，包括两层覆盖板和位于两层所述覆盖板之间的夹芯层，所述夹芯层包括若干个单胞结构，所述单胞结构包括内部结构和位于所述内部结构两侧的外部结构，所述内部结构包括两个等腰三角形结构，两个所述等腰三角形结构顶角相连接，底边相互平行，所述外部结构包括两个钝角三角形结构，所述钝角三角形结构的最长边与所述等腰三角形结构的腰边重合或共用。本发明夹芯层的单胞结构由两个等腰三角形结构和四个钝角三角形结构组成，可以提高单胞结构的稳定性，使单胞结构受力时不易发生变形，有利于提高夹层板结构的吸能、抗冲击和承载性能。

Description

一种多方案吸能夹层板结构

技术领域

本发明涉及材料结构技术领域，特别是涉及一种多方案吸能夹层板结构。

背景技术

夹层板结构是由两块具有较高强度的表层覆盖板以及填充于两覆盖板之间的轻质夹芯层组成的一种结构材料。由于夹层板具有质量轻、强度高、隔热隔音效果好、优越的力学性能、良好的吸能特性等性能，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、包装运输等领域。按夹芯层种类的不同，夹层板结构可分为泡沫夹层板结构、波板夹层板结构、蜂窝夹层板结构。

夹层板结构中，夹芯层是连接上下表层覆盖板的中间结构，对夹层板力学性能的发挥尤其是吸能特性起关键作用，夹芯层结构的吸能效率是体现夹层板结构防护性能的决定因素。设计合理的夹芯层结构不仅可以吸收相当一部分能量，而且可以改善夹层板的承载能力。

现有技术中，使用最为广泛的为蜂窝夹层板结构，但目前的蜂窝夹层板结构大多为正六边形蜂窝结构，受力时非常容易发生变形，导致夹层板吸能效率低，抗冲击能力差，承载能力低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种多方案吸能夹层板结构，其吸能效果好、抗冲击能力强、承载能力强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多方案吸能夹层板结构，包括两层覆盖板和夹芯层，所述夹芯层位于两层所述覆盖板之间，所述夹芯层包括若干个单胞结构，所述单胞结构包括内部结构和位于所述内部结构两侧的外部结构，所述内部结构包括两个大小和形状相同的等腰三角形结构，两个所述等腰三角形结构顶角相连接，底边相互平行，所述外部结构包括两个大小和形状相同的钝角三角形结构，所述钝角三角形结构的最长边与所述等腰三角形结构的腰边重合或共用，所述钝角三角形结构的最长边与所述等腰三角形结构的腰边长度相等。

进一步，所述夹芯层由若干个所述单胞结构排列而成，X方向上相邻两个所述单胞结构侧部两端相连接。

进一步，Y方向上相邻两个所述单胞结构的外平行边重合或共用。

进一步，所述夹芯层由若干个所述单胞结构和连接板排列而成，所述连接板位于X方向上相邻两个所述单胞结构之间，所述连接板两端分别与所述单胞结构侧部中部连接，相邻两个所述单胞结构侧部两端相连接。

进一步，Y方向上相邻两个所述单胞结构的外平行边重合或共用。

进一步，所述夹芯层由若干个所述单胞结构和若干个第二单胞结构排列而成，所述第二单胞结构上半部分的大小和形状与所述单胞结构的下半部分相同，所述第二单胞结构下半部分的大小和形状与所述单胞结构的上半部分相同，X方向上所述单胞结构的侧边与相邻所述第二单胞结构侧边重合或共用。

进一步，Y方向上所述单胞结构与相邻的所述单胞结构或所述第二单胞结构的外平行边重合或共用。

进一步，所述外部结构的两个所述钝角三角形结构重合或共用一条斜边，所述斜边与所述等腰三角形结构的底边平行。

进一步，所述单胞结构为中心对称结构。

本发明的有益效果是：

1、单胞结构由四个钝角三角形结构和两个等腰三角形结构组成，在受到外部载荷时，等腰三角形结构和钝角三角形结构均发生变形，等腰三角形结构的顶角和钝角三角形结构的钝角都变大，单胞结构的上部、下部和两侧部皆向中间变形收缩，呈现出明显的负泊松比特征；由于三角形结构具有较高的稳定性，受力时，单胞结构不易发生变形，可以使夹层板结构具有较高的吸能、抗冲击能力和较高的承载能力；

2、单胞结构的排列可在夹芯层中形成多个承载面，提高或改善夹层板结构的承载能力，提高夹层板的吸能、抗冲击能力；

3、夹层板结构内部夹芯层具有多种排列形式，可以根据生产实际需求进行调整，满足不同领域的需求，应用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明夹芯层单胞结构的结构示意图。

图2是本发明第一实施例的结构示意图。

图3是第一实施例夹芯层内部结构排列示意图。

图4是本发明第二实施例的结构示意图。

图5是第二实施例夹芯层内部结构排列示意图。

图6是本发明第三实施例的结构示意图。

图7是第三实施例夹芯层内部结构排列示意图。

附图标记说明：

1——覆盖板，2——夹芯层，3——单胞结构，4——内部结构，41——等腰三角形结构，5——外部结构，51——钝角三角形结构，6——连接板，7——第二单胞结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围限制于此。

如图1至图7所示，本发明公开了一种多方案吸能夹层板结构，包括两层覆盖板1和夹芯层2，所述夹芯层2位于两层所述覆盖板1之间，所述夹芯层2包括若干个单胞结构3，覆盖板1主要用于作为承载平台与起分散传递载荷的作用，夹芯层2主要起变形吸能与承载作用；如图1所示，所述单胞结构3包括内部结构4和位于所述内部结构4两侧对称设置的外部结构5，所述内部结构4包括两个大小和形状相同的等腰三角形结构41，两个所述等腰三角形结构41顶角相连接，底边相互平行，所述外部结构5包括两个大小和形状相同的钝角三角形结构51，所述钝角三角形结构51的最长边与所述等腰三角形结构41的腰边重合或共用，所述钝角三角形结构51的最长边与所述等腰三角形结构41的腰边长度相等，所述外部结构5的两个所述钝角三角形结构51重合或共用一条斜边，所述斜边与所述等腰三角形结构51的底边平行，所述单胞结构3为上下、左右对称结构。在受到外界载荷时，钝角三角形结构51的钝角变大，等腰三角形结构41的顶角也随之变大，由于三角形具有较高的稳定性，因此三角形各边不会失效断裂，两侧凹入的钝角三角形结构51钝角会向结构中间移动，单胞结构3在横向与纵向皆向单胞结构3中心方向变形，每个单胞结构3皆呈现出明显的负泊松比特性。

如图2和图3所示，本发明第一种实施方式，所述夹芯层2由若干个所述单胞结构3沿X方向排列而成形成单层夹芯层2，或沿XY方向排列形成多层结构的夹芯层2，X方向上相邻两个所述单胞结构3侧部两端相连接，Y方向上相邻两个所述单胞结构3的外平行边重合或共用。夹芯层2的两端的平行边分别于两覆盖板1相接构成夹层板结构的承载面；多层结构的夹芯层2中，每层单胞结构3与相邻层单胞结构3相接构成承载面，从而形成多层承载面。在受到外部冲击时，内部夹芯层2变形呈现出按列变形模式，每列单胞结构3的变形对相邻列的影响很小，每一列变形独立性较大，在覆盖板1某一面积与外界接触受力时，该接触面积内的单胞结构3受力收缩，不在该接触面积下的其余列单胞结构3收缩变形极小。

如图4和图5所示，本发明第二种实施方式，所述夹芯层2由若干个所述单胞结构3和连接板6排列而成，形成单层或多层结构的夹芯层2，所述连接板6位于X方向上相邻两个所述单胞结构3之间，所述连接板6两端分别与所述单胞结构3侧部中部连接，相邻两个所述单胞结构3侧部两端相连接，多层结构的夹芯层2中，Y方向上相邻两个所述单胞结构3的外平行边重合或共用。

连接板6可以使夹层板在受到载荷时，夹芯层2的每列单胞结构3变形不独立，在变形时同层的每个单胞结构3通过连接板6形成一个整体。在受力时，单胞结构3上半部分和下半部分皆向其中部收缩，在变形移动至中部连接板6位置时，夹芯层2内部在连接板6位置可以形成与覆盖板1平行的承载面，该承载面可以起到比覆盖板1更强的承载抗压作用，该承载面的数量取决于夹芯层排列的层数，在夹层板结构尺寸允许的范围内，该承载面出现的数量越多，夹层板的吸能、抗压、承载能力越强。

另外，连接板6形成的承载面可作为主要吸能承载部分，在夹层板小面积受力时，该种承载面可以缓冲传递来的力，多层结构的夹芯层2中，在外层承载面变形至极限时，夹芯层2继续向下或内部收缩，外层承载面会拉动受力接触面积外的其他列单胞结构3，呈现出受力接触面下方的单胞机构3首先变形，每达到一个承载面极限时再使受力面积外的单胞结构3向受力中心收缩的变形模式，使夹心层达到更高的吸能效果，。

如图6和图7所示，本发明第三种实施方式，所述夹芯层2由若干个所述单胞结构3和若干个第二单胞结构7沿XY方向排列而成，所述第二单胞结构7上半部分的大小和形状与所述单胞结构3的下半部分相同，所述第二单胞结构7下半部分的大小和形状与所述单胞结构3的上半部分相同，X方向上所述单胞结构3的侧边与相邻所述第二单胞结构7侧边重合或共用，Y方向上所述单胞结构3与相邻的所述单胞结构3或所述第二单胞结构7的外平行边重合或共用。夹芯层2通过单胞结构3和第二单胞结构7间隔排列形成一个整体，在夹层板小面积接触受力时，受力面积下的单胞结构3或第二单胞结构7发生变形，由于每行单胞结构采用与第二单胞结构间隔排列连接的方式，与发生变形的单胞结构3或第二单胞结构7相邻的单胞结构3或第二单胞结构7受到横向拉力，呈现出向受力面积下方进行移动变形的状态，从而使夹芯层2材料皆向受力面积下移动，材料堆积更加迅速，结构密度增长快，夹层板整体硬度可以更快达到极限，使夹层板具有更高的吸能、抗冲击效果。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种多方案吸能夹层板结构，其特征在于：包括两层覆盖板（1）和夹芯层（2），所述夹芯层（2）位于两层所述覆盖板（1）之间，所述夹芯层（2）包括若干个单胞结构（3），所述单胞结构（3）包括内部结构（4）和位于所述内部结构（4）两侧的外部结构（5），所述内部结构（4）包括两个大小和形状相同的等腰三角形结构（41），两个所述等腰三角形结构（41）顶角相连接，底边相互平行，所述外部结构（5）包括两个大小和形状相同的钝角三角形结构（51），所述钝角三角形结构（51）的最长边与所述等腰三角形结构（41）的腰边重合或共用，所述钝角三角形结构（51）的最长边与所述等腰三角形结构（41）的腰边长度相等，所述夹芯层（2）由若干个所述单胞结构（3）排列而成，X方向上相邻两个所述单胞结构（3）侧部两端相连接，所述夹芯层（2）由若干个所述单胞结构（3）和连接板（6）排列而成，所述连接板（6）位于X方向上相邻两个所述单胞结构（3）之间，所述连接板（6）两端分别与所述单胞结构（3）侧部中部连接。

2.根据权利要求1所述的一种多方案吸能夹层板结构，其特征在于：Y方向上相邻两个所述单胞结构（3）的外平行边重合或共用。

3.根据权利要求1所述的一种多方案吸能夹层板结构，其特征在于：所述夹芯层（2）由若干个所述单胞结构（3）和若干个第二单胞结构（7）排列而成，所述第二单胞结构（7）上半部分的大小和形状与所述单胞结构（3）的下半部分相同，所述第二单胞结构（7）下半部分的大小和形状与所述单胞结构（3）的上半部分相同，X方向上所述单胞结构（3）的侧边与相邻所述第二单胞结构（7）侧边重合或共用。

4.根据权利要求3所述的一种多方案吸能夹层板结构，其特征在于：Y方向上所述单胞结构（3）与相邻的所述单胞结构（3）或所述第二单胞结构（7）的外平行边重合或共用。

5.根据权利要求1所述的一种多方案吸能夹层板结构，其特征在于：所述外部结构（5）的两个所述钝角三角形结构（51）重合或共用一条斜边，所述斜边与所述等腰三角形结构（41）的底边平行。

6.根据权利要求1所述的一种多方案吸能夹层板结构，其特征在于：所述单胞结构（3）为中心对称结构。