CN113819175A - 一种多级蜂窝结构及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蜂窝结构技术领域，尤其涉及一种多级蜂窝结构及设计方法。多级蜂窝结构的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元替换蜂窝胞元的胞壁，一级实节点由二级蜂窝胞元替代，整体结构满足各多级结构参数的限定，相比传统蜂窝结构，在相同工况且相同质量和体积时具有更高的能量吸收性能。该设计方法通过多个相连接的一级蜂窝胞元替换蜂窝胞元的胞壁，通过二级蜂窝胞元替代一级实节点，且通过引入的各种多级结构参数，能够方便的调整多级蜂窝结构的几何构型，实现蜂窝结构的能量吸收性能的大范围调控，以满足工程需要。设计得到多级蜂窝结构相比传统蜂窝结构，在相同工况且相同质量和体积时具有更高的比吸能。

Description

一种多级蜂窝结构及设计方法

技术领域

本发明涉及蜂窝结构技术领域，尤其涉及一种多级蜂窝结构及设计方法。

背景技术

随着航空航天飞行器、高速列车、汽车等向着轻量化、低能耗、高速、高可靠性方向发展，相关领域迫切需求具有轻质、高效抗冲击吸能特性的高性能轻量化材料，作为一种典型的轻质多孔材料。蜂窝材料具有高比刚度、高比强度、高能量吸收等优良特性，在冲击安全防护领域得到了广泛的应用。在工程应用中，用于使防护对象免受冲击损伤的能量吸收装置的质量或体积通常会受实际情况的限制。因此，为了确保防护对象的安全，通常要求在给定冲击条件下尽可能提高蜂窝材料的能量吸收能力；同时，也要求能方便地根据不同需求调控蜂窝材料的能量吸收性能。

传统蜂窝材料(蜂窝胞元的横截面为四边形、六边形等)在诸多工程领域得到了广泛的应用，但随着现代科技的迅猛发展，航空航天、轨道交通、汽车等领域对高性能轻量化材料的需求不断提升，而传统蜂窝材料逐渐难以满足使用需求。因此，需要提出新的设计方法构造获得具有更优性能的新型蜂窝材料，以满足工程领域对高性能轻量化材料的迫切需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的第一个目的是提供一种多级蜂窝结构，具有较高的能量吸收性能。

本发明的第二个目的是提供一种多级蜂窝结构的设计方法，能够获得能量吸收性能更高的蜂窝结构，且能够根据需要方便的对蜂窝结构进行调整，实现蜂窝结构的能量吸收性能的大范围调控。

(二)技术方案

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种多级蜂窝结构，包括多个蜂窝胞元，蜂窝胞元的横截面为正六边形，蜂窝胞元的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元，一级蜂窝胞元为正多边形，一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，每个一级蜂窝胞元具有3N个一级实节点，一级实节点由二级蜂窝胞元替代，二级蜂窝胞元为正多边形或圆形，当二级蜂窝胞元为正多边形时，二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，每个二级蜂窝胞元具有3M个二级实节点；

在蜂窝胞元的胞壁长度方向上包括n个二级蜂窝胞元，在蜂窝胞元的胞壁厚度方向上包括m个二级蜂窝胞元；

其中：N和M均为正整数，n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比为γ，且满足以下关系：0<γ<1。

优选地，一级蜂窝胞元的横截面为正三边形，二级蜂窝胞元的横截面为正六边形、正三边形或圆形。

优选地，一级蜂窝胞元的横截面为正六边形，二级蜂窝胞元的横截面为正六边形、正三边形或圆形。

本发明提供了另一种多级蜂窝结构，包括多个蜂窝胞元，蜂窝胞元的横截面为正四边形，蜂窝胞元的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元，一级蜂窝胞元为正多边形，一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，每个一级蜂窝胞元具有4N个一级实节点，一级实节点由二级蜂窝胞元替代，二级蜂窝胞元为正多边形或圆形，当二级蜂窝胞元为正多边形时，二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，每个二级蜂窝胞元具有4M个二级实节点；

在蜂窝胞元的胞壁长度方向上包括n个二级蜂窝胞元，在蜂窝胞元的胞壁厚度方向上包括m个二级蜂窝胞元；

其中：N和M均为正整数，n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比为γ，且满足以下关系：0<γ<1。

优选地，一级蜂窝胞元的横截面为正四边形，二级蜂窝胞元的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

优选地，一级蜂窝胞元的横截面为正八边形，二级蜂窝胞元的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

第二方面，本发明还提供了一种多级蜂窝结构的设计方法，包括以下步骤：

(1)获取所需蜂窝结构的尺寸及性能；

(2)确定蜂窝胞元的形状及尺寸；

(3)采用多个相连接的一级蜂窝胞元作为蜂窝胞元的胞壁，一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，采用二级蜂窝胞元替代一级实节点，二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，确定一级蜂窝胞元和二级蜂窝胞元的蜂窝形状；

当蜂窝胞元的横截面为正六边形时，每个一级蜂窝胞元具有3N个二级蜂窝胞元，每个二级蜂窝胞元具有3M个二级实节点或者二级蜂窝胞元的横截面为圆形；

当蜂窝胞元的横截面为正四边形时，每个一级蜂窝胞元具有4N个二级蜂窝胞元，每个二级蜂窝胞元具有4M个二级实节点或者二级蜂窝胞元的横截面为圆形；

其中，N和M均为正整数；

(4)引入多级结构参数n、m和γ，以调节及确定蜂窝胞元的几何构型，多级结构参数n是在蜂窝胞元的胞壁长度方向上二级蜂窝胞元的数量，多级结构参数m是在蜂窝胞元的胞壁厚度方向上二级蜂窝胞元的数量，其中：n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

γ是二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比，且满足以下关系：0<γ<1；

(5)根据所需蜂窝结构的尺寸及性能选择合适多级结构参数n、m和γ，得到所需的多级蜂窝结构。

可选地，当蜂窝胞元的横截面为正六边形时，一级蜂窝胞元的横截面设计为正三边形或正六边形，二级蜂窝胞元的横截面为正六边形、正三边形或圆形。

可选地，当蜂窝胞元的横截面为正四边形时，一级蜂窝胞元的横截面设计为正四边或正八边形，二级蜂窝胞元的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的多级蜂窝结构的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元替换蜂窝胞元的胞壁，一级实节点由二级蜂窝胞元替代，整体结构满足各多级结构参数的限定，相比传统蜂窝结构，在相同工况且相同质量和体积时具有更高的能量吸收性能。

本发明提供的多级蜂窝结构的设计方法，通过多个相连接的一级蜂窝胞元替换蜂窝胞元的胞壁，通过二级蜂窝胞元替代一级实节点，且通过引入的各种多级结构参数，能够方便的调整多级蜂窝结构的几何构型，实现蜂窝结构的能量吸收性能的大范围调控，以满足工程需要。设计得到多级蜂窝结构相比传统蜂窝结构，在相同工况且相同质量和体积时具有更高的比吸能。

附图说明

本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本发明实施例一中一种多级蜂窝结构示意图；

图2是图1中的A部放大示意图；

图3-图9是本发明实施例一中调整多级结构参数n、m和γ多级蜂窝结构变化示意图；

图10是质量和体积保持不变且测试条件相同时，图1中所示多级蜂窝结构的比吸能随γ变化的曲线图；

图11是质量和体积相同且测试条件相同时，多种蜂窝结构与本申请图1中所示多级蜂窝结构的比吸能对比图；

图12是本发明实施例一中一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图13是本发明实施例一中另一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图14是本发明实施例一中又一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图15是本发明实施例一中再一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图16是本发明实施例一中又一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图17是本发明实施例二中一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图18是本发明实施例二中另一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图19是本发明实施例二中又一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图20是本发明实施例二中再一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图21是本发明实施例二中又一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图22是本发明实施例二中再一种多级蜂窝结构的蜂窝胞元结构示意图；

图23是本发明实施例三中一种多级蜂窝结构的设计过程示意图。

图中：1：蜂窝胞元；11：一级蜂窝胞元；12：二级蜂窝胞元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

实施例一

参见图1和图2所示，本发明实施例提供的一种多级蜂窝结构包括多个蜂窝胞元1，蜂窝胞元1的横截面为正四边形，蜂窝胞元1的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元11，一级蜂窝胞元11为正四边形，一级蜂窝胞元11的胞壁相交处为一级实节点，每个一级蜂窝胞元11具有4N个一级实节点，其中，N＝1，一级实节点由二级蜂窝胞元12替代，即一级实节点位置为二级蜂窝胞元结构替代。在一级实节点由二级蜂窝胞元12所替代后，一级蜂窝胞元11的胞壁相交处为二级蜂窝胞元，在结构上会形成切除部分一级蜂窝胞元的胞壁的效果，但从设计原理而言，一级蜂窝胞元11的横截面形状仍为胞壁厚度中线延长到二级蜂窝胞元12的中心处所形成的形状，参见图2所示，图中的一级蜂窝胞元11处所示的虚线构型即为其中一个一级蜂窝胞元11的横截面的形状。二级蜂窝胞元12的横截面为相邻边长相等的菱形(旋转45°布置的正四边形)，图2中二级蜂窝胞元12处所示的虚线构型为其中一个二级蜂窝胞元12的横截面的形状，二级蜂窝胞元12的胞壁相交处为二级实节点，每个一级蜂窝胞元11的胞壁两端分别与二级蜂窝胞元12的一个二级实节点处连接，该二级蜂窝胞元12具有4M个二级实节点，其中，M＝1。

在蜂窝胞元的胞壁长度方向上包括n个二级蜂窝胞元，在蜂窝胞元的胞壁厚度方向上包括m个二级蜂窝胞元；

其中：n≥3，m≥2，且n和m均为整数；例如，n可以为3、4、5、6、7、8、9等，m可以为2、3、4、5等。

二级蜂窝胞元12在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸L_d与位于一级蜂窝胞元11的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元12的中心距离L_D之比为γ，且满足以下关系：0<γ<1，例如，γ可以为0.1、0.15、0.2、0.23、0.3、0.35、0.38、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95等。需要说明的是，在本实施例中，一级蜂窝胞元11的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元12的中心距离L_D等于一级蜂窝胞元11的胞壁长度。且相邻的两个二级蜂窝胞元12其二级实节点相对的实施方式中，二级蜂窝胞元12在其所处一级蜂窝胞元11的胞壁长度方向上的尺寸L_d等于二级蜂窝胞元12的外接圆的直径，需要说明的是，此处外接圆是以胞壁厚度中线为基准得到的外接圆。

蜂窝胞元1的多级结构参数可以根据结构尺寸以及性能进行设计，在本实施例中蜂窝胞元1的多级结构参数n＝4，m＝2，γ＝0.6，即在蜂窝胞元1的胞壁长度方向上包括四个二级蜂窝胞元12，在蜂窝胞元1的胞壁厚度方向上包括两个二级蜂窝胞元12，二级蜂窝胞元12在其所处一级蜂窝胞元11的胞壁长度方向上的尺寸与位于一级蜂窝胞元11的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元12的中心距离之比γ的值为0.6。

参见图3-图9所示，展示了调整多级结构参数n、m和γ多级蜂窝结构变化情况。其中，图3-图5所示结构中m＝2，γ＝0.4，仅对多级结构参数n进行了调整，图3-图5中，n的取值依次为4、5、6(参见图中虚线框内二级蜂窝胞元12的数量)。需要说明的是，图4中的两侧的各半个二级蜂窝胞元按一个二级蜂窝胞元计算。图6和图7所示的结构中，n＝6，γ＝0.4，仅对多级结构参数m进行了调整，图6和图7中，m的取值依次为3、4(参见图中虚线框内二级蜂窝胞元12的数量)。图8和图9所示的结构中，n＝4，m＝2，仅对多级结构参数γ进行了调整，在图8和图9中，γ的取值依次为0.6、0.8。通过改变多级结构参数的大小，获得多种具有不同几何构型的多级蜂窝结构。

参见图10所示，在保持面外冲击速度、多级蜂窝结构(图1所示的结构)的质量、体积以及多级结构参数n和m不变的前提下，改变多级结构参数γ，能在很大范围内改变多级蜂窝结构的比吸能(即每单位质量吸收的能量)。根据工程需要，在设计时可以通过调整多级结构参数来实现大范围调控多级蜂窝结构的能量吸收能力，通过合理选取多级结构参数，可在保持质量或体积不变的前提下提高多级蜂窝结构的能量吸收能力。

参见图11所示，在质量和体积相同且测试条件相同的情况下，对比1-对比3所示的三种蜂窝结构与本申请图1中所示多级蜂窝结构的比吸能对比，其中，对比1是传统的蜂窝结构(蜂窝胞元的横截面为正四边形)、对比2的蜂窝结构，其蜂窝胞元的胞壁为多个相连接一级蜂窝胞元11构成(一级蜂窝胞元11的横截面为正四边形)、对比3的蜂窝结构，其胞壁相交处为蜂窝胞元结构，且蜂窝胞元结构的形状与本申请中的二级蜂窝胞元相同)，从图中可以看出，本申请的多级蜂窝结构能量吸收能力明显优于对比1-3中蜂窝结构。需要说明的图11中各柱体上所示的为各蜂窝结构的蜂窝胞元示意图。

在一些实施方式中，参见图12所示，一级蜂窝胞元11的横截面为正四边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正四边形，每个一级蜂窝胞元11的胞壁两端分别与二级蜂窝胞元12的一个胞壁连接，且通过一级蜂窝胞元11的胞壁相连接的两个二级蜂窝胞元12的胞壁平行相对设置，在该实施方式中，二级蜂窝胞元12在其所处一级蜂窝胞元11的胞壁长度方向上的尺寸L_d等于二级蜂窝胞元12的内切圆的直径，需要说明的是，此处内切圆是以胞壁厚度中线为基准得到的内切圆，胞壁厚度中线参见图2中二级蜂窝胞元12处虚线构型。

在一些实施方式中，参见图13所示，一级蜂窝胞元11的横截面为正四边形，二级蜂窝胞元12的横截面为圆形，在该实施方式中，二级蜂窝胞元12在其所处一级蜂窝胞元11的胞壁长度方向上的尺寸L_d等于二级蜂窝胞元12的横截面的直径。

在一些实施方式中，参见图14所示，一级蜂窝胞元11的横截面为正四边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正四边形，且在二级蜂窝胞元12内设置连接对角的加强壁，相邻的两个二级蜂窝胞元12其胞壁相对设置。

在一些实施方式中，参见图15所示，一级蜂窝胞元11的横截面为正四边形，且在一级蜂窝胞元11内设置连接对角的加强壁，二级蜂窝胞元12的横截面为正四边形，相邻的两个二级蜂窝胞元12的二级实节点相对设置。

在一些实施方式中，参见图16所示，一级蜂窝胞元11的横截面为正四边形，且在一级蜂窝胞元11内设置连接对角的加强壁，二级蜂窝胞元12的横截面为圆形。

在其他一些实施方式中，一级蜂窝胞元11的横截面为正八边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

需要说明的是，本申请中一级蜂窝胞元11的横截面是指一级蜂窝胞元11的胞壁延长到二级蜂窝胞元12中心后形成的形状(参见图2中的虚线框)。

还需要说明的是，在本申请的附图中，除在图2中示意了一级蜂窝胞元和二级蜂窝胞元的胞壁厚度，在其他附图中仅取各胞壁厚度的中线示意结构关系，并未示意一级蜂窝胞元和二级蜂窝胞元的胞壁厚度。本实施例中涉及以胞壁为基准的尺寸标注均取胞壁厚度的中线为基准(参见图2所示)。

实施例二

本实施例二与实施例一多级结构参数的确认和调节基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：蜂窝胞元1的横截面为正六边形，蜂窝胞元1的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元11，一级蜂窝胞元11为正多边形，一级蜂窝胞元11的胞壁相交处为一级实节点，每个一级蜂窝胞元具有3N个一级实节点，一级实节点由二级蜂窝胞元12替代，二级蜂窝胞元12为正多边形或圆形，当二级蜂窝胞元12为正多边形时，二级蜂窝胞元12的胞壁相交处为二级实节点，每个二级蜂窝胞元12具有3M个二级实节点，其中：N和M均为正整数。

在蜂窝胞元的胞壁长度方向上包括n个二级蜂窝胞元12，在蜂窝胞元的胞壁厚度方向上包括m个二级蜂窝胞元12；

n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

二级蜂窝胞元12在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸L_d与位于一级蜂窝胞元11的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元12的中心距离L_D之比为γ，且满足以下关系：0<γ<1。

在一个实施方式中，参见图17所示，蜂窝胞元1的横截面为六边形，一级蜂窝胞元11的横截面为正六边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正六边形，即一级蜂窝胞元11具有六个一级实节点(N＝2)，二级蜂窝胞元12具有六个二级实节点(M＝2)，相邻的两个二级蜂窝胞元12其二级实节点相对设置。

在一个实施方式中，参见图18所示，蜂窝胞元1的横截面为六边形，一级蜂窝胞元11的横截面为正六边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正六边形，相邻的两个二级蜂窝胞元12其胞壁相对设置。

在一个实施方式中，参见图19所示，蜂窝胞元1的横截面为六边形，一级蜂窝胞元11的横截面为正六边形，二级蜂窝胞元12的横截面为圆形。

在一个实施方式中，参见图20所示，蜂窝胞元1的横截面为六边形，一级蜂窝胞元11的横截面为正三边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正六边形，每个一级蜂窝胞元11的胞壁两端分别与二级蜂窝胞元12的一个二级实节点处连接。

在一个实施方式中，参见图21所示，蜂窝胞元1的横截面为六边形，一级蜂窝胞元11的横截面为正三边形，二级蜂窝胞元12的横截面为正六边形，每个一级蜂窝胞元11的胞壁两端分别与二级蜂窝胞元12的一个胞壁连接，且通过一级蜂窝胞元11的胞壁相连接的两个二级蜂窝胞元12的胞壁平行相对设置。

在一个实施方式中，参见图22所示，蜂窝胞元1的横截面为六边形，一级蜂窝胞元11的横截面为正三边形，二级蜂窝胞元12的横截面为圆形。

实施例三

本实施例提供的多级蜂窝结构的设计方法，包括以下步骤：

(1)获取所需蜂窝结构的尺寸及性能；

(2)确定蜂窝胞元的形状及尺寸；

(3)采用多个相连接的一级蜂窝胞元作为蜂窝胞元的胞壁，一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，采用二级蜂窝胞元替代一级实节点，二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，确定一级蜂窝胞元和二级蜂窝胞元的蜂窝形状；

当蜂窝胞元的横截面为正六边形时，每个一级蜂窝胞元具有3N个二级蜂窝胞元，每个二级蜂窝胞元具有3M个二级实节点或者二级蜂窝胞元的横截面为圆形；

当蜂窝胞元的横截面为正四边形时，每个一级蜂窝胞元具有4N个二级蜂窝胞元，每个二级蜂窝胞元具有4M个二级实节点或者二级蜂窝胞元的横截面为圆形；

其中，N和M均为正整数；

(4)引入多级结构参数n、m和γ，以调节及确定蜂窝胞元的几何构型，多级结构参数n是在蜂窝胞元的胞壁长度方向上二级蜂窝胞元的数量，多级结构参数m是在蜂窝胞元的胞壁厚度方向上二级蜂窝胞元的数量，其中：n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

γ是二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比，且满足以下关系：0<γ<1；

(5)根据所需蜂窝结构的尺寸及性能选择合适多级结构参数n、m和γ，得到所需的多级蜂窝结构。

参见图23所示，最上侧的为传统蜂窝结构的蜂窝胞元结构，中间为将多个相连接的一级蜂窝胞元替代蜂窝胞元的胞壁后所形成的蜂窝胞元结构，最下侧是将二级实节点替换为二级蜂窝胞元后，形成本申请的多级蜂窝结构的蜂窝胞元。

采用该设计方法可获得实施例一或实施例二中任一种多级蜂窝结构，具体结构在此不再赘述。

该设计方法获得的多级蜂窝结构其性能可以通过实物测试、也可以通过模拟测试来确定，无论实物测试还是模拟测试均为现有技术，在此不再赘述。

该设计方法通过多个相连接的一级蜂窝胞元替换蜂窝胞元的胞壁，通过二级蜂窝胞元替代一级实节点，且通过引入的各种多级结构参数，能够方便的调整多级蜂窝结构的几何构型，实现蜂窝结构的能量吸收性能的大范围调控，以满足工程需要。设计得到多级蜂窝结构相比传统蜂窝结构，在相同工况且相同质量和体积时具有更高的比吸能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种多级蜂窝结构，包括多个蜂窝胞元，所述蜂窝胞元的横截面为正六边形，其特征在于：所述蜂窝胞元的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元，所述一级蜂窝胞元为正多边形，所述一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，每个所述一级蜂窝胞元具有3N个所述一级实节点，所述一级实节点由二级蜂窝胞元替代，所述二级蜂窝胞元为正多边形或圆形，当所述二级蜂窝胞元为正多边形时，所述二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，每个所述二级蜂窝胞元具有3M个所述二级实节点；

在所述蜂窝胞元的胞壁长度方向上包括n个所述二级蜂窝胞元，在所述蜂窝胞元的胞壁厚度方向上包括m个所述二级蜂窝胞元；

其中：N和M均为正整数，n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

所述二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于所述一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比为γ，且满足以下关系：0<γ<1。

2.根据权利要求1所述的多级蜂窝结构，其特征在于：所述一级蜂窝胞元的横截面为正三边形，所述二级蜂窝胞元的横截面为正六边形、正三边形或圆形。

3.根据权利要求1所述的多级蜂窝结构，其特征在于：所述一级蜂窝胞元的横截面为正六边形，所述二级蜂窝胞元的横截面为正六边形、正三边形或圆形。

4.一种多级蜂窝结构，包括多个蜂窝胞元，所述蜂窝胞元的横截面为正四边形，其特征在于：所述蜂窝胞元的胞壁包括多个相连接的一级蜂窝胞元，所述一级蜂窝胞元为正多边形，所述一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，每个所述一级蜂窝胞元具有4N个所述一级实节点，所述一级实节点由二级蜂窝胞元替代，所述二级蜂窝胞元为正多边形或圆形，当所述二级蜂窝胞元为正多边形时，所述二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，每个所述二级蜂窝胞元具有4M个所述二级实节点；

在所述蜂窝胞元的胞壁长度方向上包括n个所述二级蜂窝胞元，在所述蜂窝胞元的胞壁厚度方向上包括m个所述二级蜂窝胞元；

其中：N和M均为正整数，n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

所述二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于所述一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比为γ，且满足以下关系：0<γ<1。

5.根据权利要求4所述的多级蜂窝结构，其特征在于：所述一级蜂窝胞元的横截面为正四边形，所述二级蜂窝胞元的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

6.根据权利要求4所述的多级蜂窝结构，其特征在于：所述一级蜂窝胞元的横截面为正八边形，所述二级蜂窝胞元的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

7.一种多级蜂窝结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)获取所需蜂窝结构的尺寸及性能；

(2)确定蜂窝胞元的形状及尺寸；

(3)采用多个相连接的一级蜂窝胞元作为所述蜂窝胞元的胞壁，所述一级蜂窝胞元的胞壁相交处为一级实节点，采用二级蜂窝胞元替代所述一级实节点，所述二级蜂窝胞元的胞壁相交处为二级实节点，确定所述一级蜂窝胞元和所述二级蜂窝胞元的蜂窝形状；

当所述蜂窝胞元的横截面为正六边形时，每个所述一级蜂窝胞元具有3N个所述二级蜂窝胞元，每个所述二级蜂窝胞元具有3M个所述二级实节点或者所述二级蜂窝胞元的横截面为圆形；

当所述蜂窝胞元的横截面为正四边形时，每个所述一级蜂窝胞元具有4N个所述二级蜂窝胞元，每个所述二级蜂窝胞元具有4M个所述二级实节点或者所述二级蜂窝胞元的横截面为圆形；

其中，N和M均为正整数；

(4)引入多级结构参数n、m和γ，以调节及确定所述蜂窝胞元的几何构型，多级结构参数n是在所述蜂窝胞元的胞壁长度方向上所述二级蜂窝胞元的数量，多级结构参数m是在所述蜂窝胞元的胞壁厚度方向上所述二级蜂窝胞元的数量，其中：n≥3，m≥2，且n和m均为整数；

γ是所述二级蜂窝胞元在其所处一级蜂窝胞元的胞壁长度方向上的尺寸与位于所述一级蜂窝胞元的胞壁两端的两个二级蜂窝胞元的中心距离之比，且满足以下关系：0<γ<1；

(5)根据所需蜂窝结构的尺寸及性能选择合适多级结构参数n、m和γ，得到所需的多级蜂窝结构。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于：当所述蜂窝胞元的横截面为正六边形时，所述一级蜂窝胞元的横截面设计为正三边形或正六边形，所述二级蜂窝胞元的横截面为正六边形、正三边形或圆形。

9.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于：当所述蜂窝胞元的横截面为正四边形时，所述一级蜂窝胞元的横截面设计为正四边或正八边形，所述二级蜂窝胞元的横截面为正四边形、正八边形或圆形。

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