CN113653758A - 蜂窝结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蜂窝结构，包括多个主蜂窝单元和次蜂窝单元，多个主蜂窝单元阵列排布且连接；多个主蜂窝单元中至少有两个相邻的主蜂窝单元之间设置有次蜂窝单元，次蜂窝单元位于相邻的两个主蜂窝单元的内部；蜂窝结构包括沿第一方向交替排布的多个第一波形板和多个第二波形板，第一波形板和第二波形板沿第二方向均具有多个顺次交替设置的凹陷结构和凸起结构，第一波形板和第二波形板上的凹陷结构与凸起结构相配合形成主蜂窝单元，次蜂窝单元位于相贴合的两个凹陷结构与凸起结构之间，第一波形板和第二波形板通过焊接连接。蜂窝结构具有抗冲击性好、抗压强度高、质量轻、比强度高等优点，适用于高温高压等场合，可应用于航空航天碰撞吸能技术领域。

Description

蜂窝结构

技术领域

本发明涉及吸能材料技术领域，具体而言，涉及一种蜂窝结构。

背景技术

蜂窝结构具有重量轻，抗压强度高，并在碰撞压缩时能有良好的能量吸收作用，因此，蜂窝结构在抗冲击、防撞防护、载重承力以及消声降噪领域有着广泛的应用。现有技术中，蜂窝结构一般采用六边形的阵列分布，一般通过提高蜂窝结构的密度来提高蜂窝结构的抗压强度，但是此方式会造成蜂窝结构的重量提高，蜂窝结构的比强度改善不明显甚至会降低，且制造成本高。在很多领域尤其是航空航天领域，都对蜂窝结构的比强度要求较高，现有技术中的蜂窝结构难以满足需求。

发明内容

本发明提供一种蜂窝结构，以解决现有技术中的蜂窝结构无法满足吸能要求的问题。

本发明提供了一种蜂窝结构，包括多个主蜂窝单元和次蜂窝单元，多个主蜂窝单元阵列排布且固定连接；次蜂窝单元的结构尺寸小于主蜂窝单元的结构尺寸，多个主蜂窝单元中至少有两个相邻的主蜂窝单元之间设置有次蜂窝单元，次蜂窝单元位于相邻的两个主蜂窝单元的内部。

进一步地，主蜂窝单元包括在第一方向上相对设置的两个连接面，沿第一方向排布的相邻的两个主蜂窝单元的连接面相互贴合，次蜂窝单元设置在相互贴合的两个连接面上。

进一步地，次蜂窝单元所在的连接面上设置有凹陷部，凹陷部朝向主蜂窝单元的内侧凹陷，次蜂窝单元由相邻的两个连接面上的凹陷部相互配合形成。

进一步地，蜂窝结构包括沿第一方向交替排布的多个第一波形板和多个第二波形板，第一波形板和第二波形板沿第二方向均具有多个顺次交替设置的凹陷结构和凸起结构，第二方向与第一方向相垂直，第一波形板和第二波形板在第二方向上对称设置，第一波形板和第二波形板上的凹陷结构与凸起结构相互配合以形成主蜂窝单元，次蜂窝单元位于相贴合的两个凹陷结构与凸起结构之间。

进一步地，第一波形板和第二波形板均包括顺次交替连接的中间壁板和侧面壁板，中间壁板位于相邻两个侧面壁板之间，中间壁板和侧面壁板配合以形成凹陷结构和凸起结构，凹陷部设置在中间壁板上。

进一步地，第一波形板与所述第二波形板叠加，在重叠处通过焊接或粘接的方式连接；或，蜂窝结构通过3D打印制成。

进一步地，中间壁板的厚度等于侧面壁板的厚度。

进一步地，侧面壁板上设置有减重孔。

进一步地，相互贴合的两个连接面上间隔设置有多个次蜂窝单元。

进一步地，所述蜂窝结构采用的材料金属。

应用本发明的技术方案，蜂窝结构包括多个主蜂窝单元和次蜂窝单元，主蜂窝单元之间设置次蜂窝单元，且次蜂窝单元位于相邻的两个主蜂窝单元内部。如此设置，可以提高蜂窝结构的压溃强度，并且该蜂窝结构的重量较轻，避免了提高蜂窝结构的压缩强度的同时其重量也大幅度增加的矛盾，使得蜂窝结构以较轻的重量能获得较高的压缩强度，从而提高了蜂窝结构的比强度，进而使蜂窝结构的应用范围更广，尤其适用于航空航天的吸能材料领域。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一提供的蜂窝结构的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例二提供的蜂窝结构的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例二提供的蜂窝单元的放大图；

图4示出了根据本发明实施例一提供的第一波形板或第二波形板的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主蜂窝单元；11、连接面；20、次蜂窝单元；21、凹陷部；30、第一波形板；31、凹陷结构；32、凸起结构；33、中间壁板；34、侧面壁板；341、减重孔；40、第二波形板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例一提供一种蜂窝结构，包括多个主蜂窝单元10和次蜂窝单元20。多个主蜂窝单元10阵列排布且固定连接；次蜂窝单元20的结构尺寸小于主蜂窝单元10的结构尺寸，多个主蜂窝单元10中至少有两个相邻的主蜂窝单元10之间设置有次蜂窝单元20，次蜂窝单元20位于相邻的两个主蜂窝单元10的内部。可选的，次蜂窝单元20与主蜂窝单元10为一体化设置，也可将次蜂窝单元20嵌在相邻的两个主蜂窝单元10内。其中，主蜂窝单元10的横截面为六边形结构，主蜂窝单元10的横截面也可以为八边形、四边形等结构。次蜂窝单元20的横截面可以与主蜂窝单元10的横截面的形状相同。次蜂窝单元20的横截面的边长小于主蜂窝单元10的横截面的边长，在本实施例中，次蜂窝单元20的横截面的边长为主蜂窝单元10的横截面的边长的1/10。多个主蜂窝单元10阵列排布，次蜂窝单元 20设置在相邻的两个主蜂窝单元10内部，如此设置，在增加了蜂窝结构的强度的同时维持了现有蜂窝结构的体积，从而增加了蜂窝结构整体的压缩强度比。

应用本发明的技术方案，蜂窝结构包括多个主蜂窝单元10和次蜂窝单元20，主蜂窝单元 10之间设置次蜂窝单元20，且次蜂窝单元20位于相邻的两个主蜂窝单元10内部。如此设置，可以提高蜂窝结构的压溃强度，并且该蜂窝结构的重量较轻，避免了提高蜂窝结构的压缩强度的同时其重量也大幅度增加的矛盾，使得蜂窝结构以较轻的重量能获得较高的压缩强度，从而提高了蜂窝结构的比强度，进而使蜂窝结构的应用范围更广，尤其适用于航空航天的吸能材料领域。

在本实施例中，主蜂窝单元10包括在第一方向上相对设置的两个连接面11，沿第一方向排布的相邻的两个主蜂窝单元10的连接面11相互贴合，次蜂窝单元20设置在相互贴合的两个连接面11上。一般地，主蜂窝单元10受到的外界压力与第一方向相交或垂直，所以连接面 11是主要承受压力的支撑点。一般地，在每两个相互贴合的连接面11上均设置有次蜂窝单元 20，如此能够通过次蜂窝单元20提高连接面11的抗压结构强度，并且能够通过次蜂窝单元 20增大整体的吸能空间，从而提高了该蜂窝结构整体的吸能效果。图1中竖直方向箭头所指方向代表第一方向。

在本实施例中，次蜂窝单元20所在的连接面11上设置有凹陷部21，凹陷部21朝向主蜂窝单元10的内侧凹陷，次蜂窝单元20由相邻的两个连接面11上的凹陷部21相互配合形成。当连接面11承受下压力时，凹陷部21所构成的次蜂窝单元20可承受一部分压力，从而使蜂窝结构的压缩强度比增强。通过检测证实，设置凹陷部21的蜂窝结构的压缩强度为普通蜂窝结构的压缩强度的2倍。可选地，凹陷部21由连接面11的中部向主蜂窝单元10的内侧弯折形成，凹陷部21的延伸方向与主蜂窝单元10的延伸方向相同。如此设置，可简化蜂窝结构的加工步骤，且凹陷部21与承压连接面11一体化设置使蜂窝结构的强度更高，从而提高了蜂窝结构的压缩强度比。可选的，主蜂窝单元10的厚度均匀，凹陷部21的厚度与主蜂窝单元10的厚度相同。

具体地，蜂窝结构包括沿第一方向交替排布的多个第一波形板30和多个第二波形板40，第一波形板30和第二波形板40沿第二方向均具有多个顺次交替设置的凹陷结构31和凸起结构32，第二方向与第一方向相垂直，第一波形板30和第二波形板40在第二方向上对称设置，第一波形板30和第二波形板40上的凹陷结构31与凸起结构32相互配合以形成主蜂窝单元 10，次蜂窝单元20位于相贴合的两个凹陷结构31与凸起结构32之间。第一波形板30和第二波形板40为对板材冲压制成，加工简单方便。图1中水平方向箭头所指方向代表第二方向。第一波形板30和第二波形板40在第二方向上对称设置，第一波形板30和第二波形板40拼合成多个主蜂窝单元10，如此设置，可使蜂窝结构的连接点减少，进而使蜂窝结构的压缩强度比更大。第一波形板30和第二波形板40厚度相同。

如图4所示，在本实施例中，第一波形板30和第二波形板40均包括顺次交替连接的中间壁板33和侧面壁板34，中间壁板33位于相邻两个侧面壁板34之间，中间壁板33和侧面壁板34配合以形成凹陷结构31和凸起结构32。各侧面壁板34和中间壁板33之间的夹角相同，各中间壁板33平行设置，中间壁板33与其两侧的侧面壁板34组成凹陷结构31或凸起结构32。凹陷部21设置在中间壁板33上。凹陷部21为中间壁板33的中部向主蜂窝单元10 的内侧弯折形成，凹陷部21的延伸方向与主蜂窝单元10的延伸方向相同。如此设置，可简化蜂窝结构的加工步骤，且设置凹陷部21相当于在中间壁板33上设置加强筋，进而使蜂窝结构的强度更高，从而提高了蜂窝结构的压缩强度比。可选的，凹陷部21的厚度与中间壁板 33的厚度相同。

在本实施例中，第一波形板30与第二波形板40叠加，在重叠处通过焊接的方式连接。第一波形板30与第二波形板40可通过冲压制成。一般地，通过激光点焊或电阻点焊连接第一波形板30和第二波形板40，也可采用其他焊接方式。而采用焊接方式连接第一波形板30 和第二波形板40，使蜂窝结构具有连接强度好、适用于高温高压等特殊环境和对第一波形板 30和第二波形板40的厚度无限制的优点。

在本实施例中，中间壁板33的宽度尺寸等于侧面壁板34的宽度尺寸。这样蜂窝结构的横截面为正多边形，加工方便且具有较强的抗压强度。

在本实施例中，可以通过调整主蜂窝单元的结构尺寸与次蜂窝单元的结构尺寸，来调整蜂窝结构的抗压强度。一般地，主蜂窝单元的结构形状和次蜂窝单元的结构形状相似，通过调整主蜂窝单元的结构尺寸和次蜂窝单元的结构尺寸的比例，可调整蜂窝结构的抗压强度。

在本实施例中，中间壁板33的厚度等于侧面壁板34的厚度。一般地，第一波形板30和第二波形板40为一体化结构，中间壁板33和侧面壁板34的厚度相同，所以第一波形板30和第二波形板40可采用厚度均匀的板材冲压制成，节约成本且加工工艺简单。

如图4所示，在本实施例中，侧面壁板34上设置有减重孔341。可选的，减重孔341可为方形、圆形等形状。由于侧面壁板34承受的外界压力较小，在侧面壁板34上设置减重孔341可减少蜂窝结构的重量且对蜂窝结构的强度影响极小。

具体地，相互贴合的两个连接面11上间隔设置有多个次蜂窝单元20。设置多个次蜂窝单元20使蜂窝结构的承压强度增大的同时使蜂窝结构的重量保持较轻，从而增加了蜂窝结构的强度比。本实施例中，相互贴合的两个连接面11上间隔设置有两个次蜂窝单元20，次蜂窝单元20横截面的边长b2为主蜂窝单元10的横截面边长b1的1/10，两个次蜂窝单元20间隔分布在相贴合的两个中间壁板33上，且两个次蜂窝单元20距离中间壁板33的侧边的距离、两个次蜂窝单元20之间的距离均相等，但不限于此。

进一步地，所述蜂窝结构采用的材料为金属。一般地，蜂窝结构采用黑色金属或有色金属制成，具体可为高温合金、碳钢、不锈钢、钛合金、镁合金或铝合金等，这些金属具有密度小、强度大、耐高温等优点，采用这些材料制成的蜂窝结构具有耐高温高压、密度小、吸能效果好等优点。蜂窝结构还可以采用其他金属材料制成，以满足各使用环境的需求。在其他实施例中，蜂窝结构也可以采用非金属材料。

如图2和图3所示，本发明发明实施例二提供一种蜂窝结构，与实施例一的区别在于，侧面壁板34的宽度小于中间壁板33的宽度。即蜂窝结构在第一方向上的宽度较小，蜂窝结构的适用范围广。图2中竖直方向箭头所指方向代表第一方向，水平方向箭头所指方向代表第二方向。在其他实施例中，中间壁板33的宽度也可小于侧面壁板34的宽度。

本发明发明实施例三提供一种蜂窝结构，与实施例一的区别在于，第一波形板30和第二波形板40通过粘接的方式连接。第一波形板30和第二波形板40通过胶接剂粘接，操作简单且连接稳定性好。

本发明发明实施例四提供一种蜂窝结构，与实施例一的区别在于，蜂窝结构通过3D打印制成。3D打印技术制成的蜂窝结构具有结构完整、性能稳定的优点，适用于高温高压等特殊环境。

本发明的技术方案，经检测证实，设置次蜂窝单元20使蜂窝结构增加的重量为通过设置减重孔341使蜂窝结构减少的重量的1/3，设置次蜂窝单元20和减重孔341后蜂窝结构的压缩强度比增加至普通蜂窝结构的压缩强度比的两倍，即本实施例的技术方案，使蜂窝结构的比强度增加至普通蜂窝结构的6倍。

应用本发明的技术方案，蜂窝结构包括多个主蜂窝单元10和次蜂窝单元20，主蜂窝单元 10之间设置次蜂窝单元20，且次蜂窝单元20位于相邻的两个主蜂窝单元10内部，如此设置，可以提高蜂窝结构的压缩强度比；第一波形板30和第二波形板40通过焊接的方式连接，适用范围广、连接强度高；在侧面壁板34上设置减重孔341，使蜂窝结构的重量降低、比强度增大、密度减小；蜂窝结构具有抗冲击性好、抗压强度高、质量轻、比强度高等优点，适用于高温高压等场合，可应用于航空航天碰撞吸能技术领域；可以通过调整主蜂窝单元的结构尺寸与次蜂窝单元的结构尺寸的比例，来调整蜂窝结构的抗压强度。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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 (10)

1.一种蜂窝结构，其特征在于，包括：

多个主蜂窝单元(10)，多个所述主蜂窝单元(10)阵列排布且固定连接；

次蜂窝单元(20)，所述次蜂窝单元(20)的结构尺寸小于所述主蜂窝单元(10)的结构尺寸，多个所述主蜂窝单元(10)中至少有两个相邻的所述主蜂窝单元(10)之间设置有所述次蜂窝单元(20)，所述次蜂窝单元(20)位于相邻的两个所述主蜂窝单元(10)的内部。

2.根据权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，所述主蜂窝单元(10)包括在第一方向上相对设置的两个连接面(11)，沿所述第一方向排布的相邻的两个所述主蜂窝单元(10)的连接面(11)相互贴合，所述次蜂窝单元(20)设置在相互贴合的两个所述连接面(11)上。

3.根据权利要求2所述的蜂窝结构，其特征在于，所述次蜂窝单元(20)所在的所述连接面(11)上设置有凹陷部(21)，所述凹陷部(21)朝向所述主蜂窝单元(10)的内侧凹陷，所述次蜂窝单元(20)由相邻的两个所述连接面(11)上的凹陷部(21)相互配合形成。

4.根据权利要求3所述的蜂窝结构，其特征在于，所述蜂窝结构包括沿所述第一方向交替排布的多个第一波形板(30)和多个第二波形板(40)，所述第一波形板(30)和所述第二波形板(40)沿第二方向均具有多个顺次交替设置的凹陷结构(31)和凸起结构(32)，所述第二方向与所述第一方向相垂直，所述第一波形板(30)和所述第二波形板(40)在所述第二方向上对称设置，所述第一波形板(30)和所述第二波形板(40)上的所述凹陷结构(31)与所述凸起结构(32)相互配合以形成所述主蜂窝单元(10)，所述次蜂窝单元(20)位于相贴合的两个所述凹陷结构(31)与所述凸起结构(32)之间。

5.根据权利要求4所述的蜂窝结构，其特征在于，所述第一波形板(30)和所述第二波形板(40)均包括顺次交替连接的中间壁板(33)和侧面壁板(34)，所述中间壁板(33)位于相邻两个所述侧面壁板(34)之间，所述中间壁板(33)和所述侧面壁板(34)配合以形成所述凹陷结构(31)和所述凸起结构(32)，所述凹陷部(21)设置在所述中间壁板(33)上。

6.根据权利要求4所述的蜂窝结构，其特征在于，

所述第一波形板(30)与所述第二波形板(40)叠加，在重叠处通过焊接或粘接的方式连接；

或，所述蜂窝结构通过3D打印制成。

7.根据权利要求5所述的蜂窝结构，其特征在于，所述中间壁板(33)的厚度等于所述侧面壁板(34)的厚度。

8.根据权利要求5所述的蜂窝结构，其特征在于，所述侧面壁板(34)上设置有减重孔(341)。

9.根据权利要求2所述的蜂窝结构，其特征在于，相互贴合的两个所述连接面(11)上间隔设置有多个所述次蜂窝单元(20)。

10.根据权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，所述蜂窝结构采用的材料为金属。

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