CN113007583B - 一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构 - Google Patents

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    • F16S—CONSTRUCTIONAL ELEMENTS IN GENERAL; STRUCTURES BUILT-UP FROM SUCH ELEMENTS, IN GENERAL
    • F16S1/00—Sheets, panels, or other members of similar proportions; Constructions comprising assemblies of such members
    • F16S1/02—Sheets, panels, or other members of similar proportions; Constructions comprising assemblies of such members designated for being secured together edge to edge, e.g. at an angle; Assemblies thereof

Abstract

本发明提供了一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构，包括多组胞元结构，各组胞元结构依次排列连接组成类蜂窝夹芯结构，所述胞元结构包括六边形胞元件，在六边形内依次排列设有多圈圆形胞元件，由圆形胞元件分别向外延伸出多条胞元筋。

Description

一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构
技术领域
本发明涉及蜂窝夹芯结构领域，尤其是一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构。
背景技术
仿生学是一种广泛应用于工程领域的新兴学科。自然界中的生物在亿万年的自然进化中，为适应环境，逐渐形成了各类结构独特、功能各异的材料，能以其独特的力学性能很好地适应环境，满足其对功能的需求，这些材料被称为天然生物材料。天然生物材料组成成分并不复杂，往往只是由一些简单的元素组成，但这些材料构成的独特的层级结构，其整体功能的适应性是传统材料无法比拟的。
作为一种中小型蕨类植物，问荆草（图9）植株离地面距离很近，在自然环境下，会经常受到一些大型动物的踩踏，但其茎秆所具有的的独特结构（图10）提高了植株的抗压性，使其具有一定的强度用以抵抗外界载荷。同时，这种类多胞结构也为植株降低了密度及质量，在极端恶劣天气下，如台风等来临时可以随风向摇摆，不至于轻易折断，是一种很好的轻质抗压结构。
甲虫（图11）作为一种小型昆虫，其鞘翅质量很轻，但是可以抵御一定的外力冲击而不至于损伤甲虫身体。对鞘翅进行深入研究，可以观察到甲虫鞘翅的微观结构（图12、13）中有许多中空微型圆柱补充在甲虫鞘翅的结构中。
从问荆草的茎秤以及甲虫鞘翅两种生物结构中，均可以观察到中空微型圆柱与外接肋板的组合结构，将这种组成结构提炼出来，得到仿生微圆结构，并将微圆结构应用于类蜂窝夹芯结构之中。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构，其特征在于：包括多组胞元结构，各组胞元结构依次排列连接组成类蜂窝夹芯结构，所述胞元结构包括六边形胞元件，在六边形胞元内依次排列设有多圈圆形胞元件，由圆形胞元件分别向外延伸出多条胞元筋，多条所述胞元筋的另一端与六边形胞元件的内顶角相连。
零级胞元为正六边形。
一级胞元为零级形胞元内设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d1=2d2；
式中：d1为零级形胞元的边长；d2为一级胞元筋长。
二级胞元为一级胞元内再设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d1=2d2=4d3；
式中：d1为零级形胞元的边长；d2为一级胞元筋长；d3为二级胞元筋长。
所述胞元结构有n级，n=2，3，4…，且每级的胞元筋长度满足dn/d (n-1) =1/2。
胞元结构的壁厚都相等。
本发明有如下有益效果：
本发明以天然材料的层级结构为原型，采用优越的层级结构性能，其局部破坏不会引起整个结构的失效，不仅增强了结构稳定性，还将传统均质夹层结构转变为一种胞内递进式层级夹层结构，不仅保证了结构的整体相对密度，而且改善碰撞过程中的初始峰值应力和吸能效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明二级胞元层级结构尺寸示意图。
图2为本发明零级六胞元结构的主视结构示意图。
图3为本发明零级类蜂窝夹芯结构的主视结构示意图。
图4为本发明一级胞元结构的主视结构示意图。
图5为本发明一级类蜂窝夹芯结构的主视结构示意图。
图6为本发明二级胞元结构的主视结构示意图。
图7为本发明二级类蜂窝夹芯结构的主视结构示意图。
图8为本发明二级胞元的演变流程图。
图9为背景技术中问荆草的植株图。
图10为背景技术中问荆草的茎秆简化图。
图11为背景技术中甲虫的实物图。
图12为背景技术中甲虫鞘翅的第一种形态微观结构。
图13为背景技术中甲虫鞘翅的第二种形态微观结构。
图中：胞元筋1、圆形胞元件2，4、六边形胞元件3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-8所示，一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构，包括多组胞元结构，各组胞元结构依次排列连接组成类蜂窝夹芯结构，所述胞元结构包括六边形胞元件3，在六边形胞元3内依次排列设有多圈圆形胞元件2，由圆形胞元件2分别向外延伸出多条胞元筋1，多条所述胞元筋1的另一端与六边形胞元件3的内顶角相连。
参见图2，进一步的，零级胞元为正六边形。
进一步的，一级胞元为零级形胞元内设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d1=2d2；
式中：d1为零级形胞元的边长；d2为一级胞元筋长。
进一步的，二级胞元为一级胞元内再设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d1=2d2=4d3；
式中：d1为零级形胞元的边长；d2为一级胞元筋长；d3为二级胞元筋长。
进一步的，理论上此结构有n级结构（n=2，3，4…），且筋板长度满足dn/d (n-1) =1/2。
以上结构具体尺寸、比例以及加工工艺可根据具体需要进行选择，发明创造并不局限于上述实例，对于熟悉本领域的技术人员可以在不违背本发明精神的前提下对其进行演变或者设计，这些等同的演变设计均包含在本申请权利要求所限定的范围之内。

Claims (1)

1.一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构，其特征在于：包括多组胞元结构，各组胞元结构依次排列连接组成类蜂窝夹芯结构，所述胞元结构包括六边形胞元件（3），在六边形胞元件（3）内依次排列设有多圈圆形胞元件（2），由圆形胞元件（2）分别向外延伸出多条胞元筋（1），多条所述胞元筋（1）的另一端与六边形胞元件（3）的内顶角相连；
零级胞元为正六边形；
一级胞元为零级形胞元内设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d1=2d2；
式中：d1为零级形胞元的边长；d2为一级胞元筋长；
二级胞元为一级胞元内再设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d1=2d2=4d3；
式中：d1为零级形胞元的边长；d2为一级胞元筋长；d3为二级胞元筋长；
胞元结构的壁厚都相等；
所述胞元结构有n级，n=2，3，4…，且每级的胞元筋长度满足dn/d (n-1) =1/2。
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