CN114396446B - 一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构及制备方法，包括：多个仿生吸能胞元，多个仿生吸能胞元相互紧密排列形成阵列整体；每个仿生吸能胞元包括仿生吸能管和仿生吸能骨架，仿生吸能管和仿生吸能骨架按照竹子维管束微观结构的分布特征排列组合从中心内圈到外圈依次紧密排列形成预定仿生阵列单元，实现对彼此空间位置的相互约束作用。本发明根据竹子维管束微观结构的分布特点设置特定仿生阵列结构，吸能组件尺度以及其排布密度双重变化的阵列对所传递能量双重衰减，根据自身几何特点紧密排列形成的仿生吸能板芯可以使吸能胞元的结构特点得到充分利用，同时密闭空间有利于将冲击动能转化为热能耗散掉，使板芯的吸能特性得到进一步增强。

Description

一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构及制备方法

技术领域

本发明涉及吸能防护技术领域，特别是涉及一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构。

背景技术

吸能材料一直是防护领域十分关注的研究主题，尤其是在单兵防护、施工安全以及运输包装等诸多领域，对具有高吸能特性的轻量化材料的需求与日俱增。

现有技术中的高吸能材料往往密度大，导致单位体积材料的重量增加，而轻量化材料通常又不具有理想的吸能效果，高吸能和轻量化两者难以兼得一直是防护材料领域面临的重要挑战,现有技术没有很好解决高吸能和轻量化两者兼得问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，旨在解决传统防护材料轻质吸能难以兼备的技术难题。

本发明的技术方案如下：

一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，包括：

多个仿生吸能胞元，所述多个仿生吸能胞元相互紧密排列形成阵列整体；

每个仿生吸能胞元包括仿生吸能管和仿生吸能骨架，所述仿生吸能管和仿生吸能骨架按照竹子维管束微观结构的分布特征排列组合从中心内圈到外圈依次紧密排列形成预定仿生阵列单元，实现对彼此空间位置的相互约束作用，进而组成仿生吸能胞元。

所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，所述仿生吸能管包括：分别设置于所述预定仿生阵列单元中心的第一仿生吸能管和设置于所述预定仿生阵列单元第三层的第二仿生吸能管；

所述第一仿生吸能管和所述第二仿生吸能管高度一致，所述第一仿生吸能管与所述第二仿生吸能管的外壁直径比为1.2-1.6：1。

所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，所述仿生吸能骨架包括：分别设置于所述预定仿生阵列单元第二层的第二仿生吸能骨架，和设置于所述预定仿生阵列单元第四层的第一仿生吸能骨架；

第一仿生吸能骨架和第二仿生吸能骨架高度一致，所述第一仿生吸能骨架和第二仿生吸能骨架的截面半径比为2-3:1。

所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，每个所述仿生吸能胞元包括四层：第一层为阵列中心设置第一仿生吸能管；第二层设置六根第二仿生吸能骨架紧密围绕阵列中心的第一仿生吸能管均布排列；第三层设置六个第二仿生吸能管紧密围绕阵列中心第一仿生吸能管均布排列，且第二仿生吸能管外壁与中心层的第一仿生吸能管以及第二层的第二仿生吸能骨架外壁保持外切的位置关系；第四层设置六个第一仿生吸能骨架紧密围绕第三层的第二仿生吸能管均布排列，第四层的第一仿生吸能骨架外壁与第三层的第二仿生吸能管外壁保持外切的位置关系。

所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，所述仿生吸能管为具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管；所述仿生吸能骨架为具有预定长径比的柱状圆杆，所述预定长径比为6.5-20。

所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，所述仿生吸能管的锥形内壁的锥度在0.002-0.003内，最大壁厚与管外径之比不高于0.5。

所述的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，第一层的所述第一仿生吸能管与第三层的第二仿生吸能管放置方向相反。

所述的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，所述第一层阵列中心的第一仿生吸能管放置为正置，所述第三层的第二仿生吸能管放置为倒置。

所述的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其中，多个所述仿生吸能胞元根据自身几何特点紧密排列形成三明治夹芯板板芯结构。

一种如上任一项所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的制备方法，其中，包括：

将第一仿生吸能管设置在作为第一层设置在预定仿生阵列单元中心；

将六根第二仿生吸能骨架紧密围绕预定仿生阵列单元中心的第一仿生吸能管周边均布排列，作为预定仿生阵列单元第二层；

将六个第二仿生吸能管紧密围绕预定仿生阵列单元中心第一仿生吸能管均布排列，作为预定仿生阵列单元第三层，且将第二仿生吸能管外壁与预定仿生阵列单元中心层的第一仿生吸能管以及第二层的第二仿生吸能骨架外壁保持外切的位置关系；

将六个第一仿生吸能骨架紧密围绕第三层的第二仿生吸能管均布排列，作为第四层；且第四层的第一仿生吸能骨架外壁与第三层的第二仿生吸能管外壁保持外切的位置关系，完成一个仿生吸能胞元制作；

然后将多个仿生吸能胞元相互紧密排列形成阵列整体形成仿生吸能板芯结构。

与现有技术相比，本发明公开了一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，本发明利用仿生学原理对三明治夹芯板的主要功能结构—板芯进行了创新性结构设置：设置具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管作为仿生吸能管，通过梯度壁厚结构的渐进式稳定可重复变形模式，延长变形行程，保证结构稳定性的同时高效吸能；设置具有高长径比的柱状圆杆为仿生吸能骨架，仿生吸能骨架作为板芯的支撑结构，增强了整体结构的稳定性和抗大变形能力，同时辅助吸能管实现渐进式的稳态变形模式，通过能量转化的方式吸收冲击动能，增强吸能板芯整体的抗冲击性能；根据竹子维管束微观结构的分布特点设置特定仿生阵列结构，实现对吸能组件的合理排布，吸能组件尺度以及其排布密度双重变化的阵列对所传递能量双重衰减，同时，阵列中各组件单元间始终保持圆滑外切的接触方式，可以有效的避免板芯在承受载荷时出现的应力集中问题；根据自身几何特点紧密排列形成的仿生吸能板芯可以使吸能胞元的结构特点得到充分利用，同时密闭空间有利于将冲击动能转化为热能耗散掉，使板芯的吸能特性得到进一步增强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的一个仿生吸能胞元结构示意图。

图3为本发明实施例的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的仿生吸能管20的不同方位结构示意图。

图4为本发明实施例的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的仿生吸能管20的正置和倒置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。

吸能材料一直是防护领域十分关注的研究主题，尤其是在单兵防护、施工安全以及运输包装等诸多领域，对具有高吸能特性的轻量化材料的需求与日俱增。高吸能材料往往密度大，导致单位体积材料的重量增加，而轻量化材料通常又不具有理想的吸能效果，高吸能和轻量化两者难以兼得一直是防护材料领域面临的重要挑战。近年来，三明治夹芯板由于强度高、质量轻和成本低等优点而成为吸能材料领域的研究热点。作为三明治夹芯板的核心结构，板芯的结构设计至关重要。在材料自身性能有限的条件下，合理的板芯结构设计与优化可以有效提高材料的吸能性能，实现三明治夹芯板的轻量化与高效吸能兼顾。

自然环境中的竹子形态细长，长细比一般在150-260之间，不仅可以承受自身的重量和生长环境施加的载荷，表现出优异的能量吸收性能，还具有非常典型的中空结构，在满足运输水分和营养物质需求的同时，有效地减轻了自重，达到了轻量化的效果。

通过对竹子的微观结构进行深入研究后发现，竹子可以被视为一种以薄壁细胞为基质、以维管束为增强相的天然仿生复合材料。其中，维管束作为竹子内部主要的支撑“骨架”嵌在木制基质中，是竹子组织内部运输水和营养物质的“通道”，也是传递能量的主要结构，可以将各个部位承受的冲击载荷以能量的形式传递给地面组织，以此提高竹子自身的载荷传递和能量吸收效率。

基于以上背景，本发明从竹子具有优异吸能特性的宏微观结构中，提取其中的关键几何元素与结构尺度和密度的变化规律，提供一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，本发明提供了一种兼具轻量化和高吸能特性的板芯结构，可用于三明治夹芯板等吸能板材，旨在解决传统防护材料轻质吸能难以兼备的技术难题。

请同时参阅图1、本发明提供了一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的实施例。

如图1所示，本发明实施例的一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构100，包括：

多个仿生吸能胞元200，所述多个仿生吸能胞元200相互紧密排列形成阵列整体；

如图2所示，每个仿生吸能胞元200包括仿生吸能管20和仿生吸能骨架30，所述仿生吸能管20和仿生吸能骨架30按照竹子维管束微观结构的分布特征排列组合从中心内圈到外圈依次紧密排列形成预定仿生阵列单元，实现对彼此空间位置的相互约束作用，进而组成仿生吸能胞元200。

本发明实施例中采用每个仿生吸能胞元200包括仿生吸能管20和仿生吸能骨架30，即包括两种不同类型的仿生吸能组件以特定仿生阵列组成仿生吸能胞元，所述仿生吸能胞元紧密排列形成吸能板芯结构。所述仿生吸能管20和仿生吸能骨架30采用模拟竹子的宏微观结构特性；所述组成仿生吸能胞元的特定仿生阵列采用竹子维管束的微观组织形貌的分布方式。

本发明实施例的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构100，当此板芯结构用于制造三明治夹芯板时，仅需要对仿生吸能胞元阵列与其上下压板之间的接触面进行连接即可，无需再对不同的仿生吸能胞元之间进行单独连接，在保证吸能效率的同时简化了吸能板芯的制造加工过程，减少了由于界面连接而导致的黏结剂等辅助材料的大量使用以及结构缺陷等问题。具体地，本发明实施例所述仿生吸能胞元200根据自身几何特点紧密排列形成三明治夹芯板板芯结构。使仿生吸能胞元的结构特点得到充分利用，同时密闭空间有利于将冲击动能转化为热能耗散掉，使板芯的吸能特性得到进一步增强。

具体地，如图1和图2所示，所述仿生吸能管20包括：分别设置于所述预定仿生阵列单元中心的第一仿生吸能管21和设置于所述预定仿生阵列单元第三层的第二仿生吸能管23；本发明实施例中，较佳地，第一仿生吸能管21为中心大尺度吸能管，所述第二仿生吸能管23为小尺度吸能管，较佳地实施例中，所述第一仿生吸能管21与所述第二仿生吸能管23的外壁直径比为1.2-1.6：1。所述第一仿生吸能管21和所述第二仿生吸能管23高度一致。

本发明实施例的仿生吸能管20的模拟竹子竹节的结构特点。研究发现，竹子在整体上呈现一种从顶端到底端的梯度壁厚圆管结构，这种结构特点在每个竹节中都存在。统计结果表明，毛竹的锥度稳定分布在0.002-0.003范围内，竹节外壁与竹节长度之比一般不高于0.5。基于此，本发明实施例设置模拟竹子竹节的仿生吸能管20，所述仿生吸能管20包括两种尺度，两种仿生吸能管高度一致，大仿生吸能管与小仿生吸能管的外壁直径比限定在1.2-1.6范围内，吸能管的锥形内壁的锥度在0.002-0.003内，最大壁厚与管外径之比不高于0.5。

具体地，如图1和图2所示，所述仿生吸能骨架30包括：分别设置于所述预定仿生阵列单元第二层的第二仿生吸能骨架22，和设置于所述预定仿生阵列单元第四层的第一仿生吸能骨架24；本发明实施例中，较佳地，第一仿生吸能骨架24为大尺度吸能骨架，第二仿生吸能骨架22为小尺度吸能骨架，所述第一仿生吸能骨架24和第二仿生吸能骨架22的截面半径比为2-3:1；第一仿生吸能骨架24和第二仿生吸能骨架22高度一致。

本发明实施例中，较佳地，所述仿生吸能骨架30为具有预定长径比的柱状圆杆，所述预定长径比为6.5-20，即为长径比的柱状圆杆。本发明实施例中，吸能骨架的设置模拟力学性能超强的竹纤维。竹纤维是竹子优异力学性能的基础，也是主要的吸能元素。基于此，本发明设置了模拟竹纤维的仿生吸能骨架30，所述吸能骨架30为具有高长径比的柱状圆杆，包括两种尺度，两种仿生吸能骨架杆高一致，杆截面半径比限定在2-3内，杆的长径比在6.5-20内。

本发明实施例中，所述仿生吸能骨架主要发挥两个作用，一是作为板芯的支撑结构，两种尺度的吸能骨架与吸能管相互配合，增强整体结构的稳定性和抗大变形能力；二是辅助吸能管实现渐进式的稳定可重复变形模式，同时通过两者的相互作用挤压芯内空气，将一部分动能转化为热能，通过能量转化吸收冲击动能，增强吸能板芯整体的抗冲击性能。

所述仿生吸能管20和仿生吸能骨架30采用模拟竹子的宏微观结构特性，竹子可以被视为一种以薄壁细胞为基质、以维管束为增强相的天然仿生复合材料。其中，维管束作为竹子内部主要的支撑“骨架”嵌在木制基质中，是竹子组织内部运输水和营养物质的“通道”，也是传递能量的主要结构，可以将各个部位承受的冲击载荷以能量的形式传递给地面组织，以此提高竹子自身的载荷传递和能量吸收效率；维管束作为竹子内部的主要支撑“骨架”，竹子整体优异的能量吸收特性也正是维管束优异吸能特性的体现。

基于此，本发明采用一种特定仿生阵列用以指导吸能组件的排列，从而形成预期的仿生吸能胞元。如图1和图2所示，每个所述仿生吸能胞元200包括四层：第一层为阵列中心设置一个第一仿生吸能管21；第二层设置六根第二仿生吸能骨架22紧密围绕阵列中心的第一仿生吸能管21均布排列；第三层设置六个第二仿生吸能管23紧密围绕阵列中心第一仿生吸能管21均布排列，且第二仿生吸能管23外壁与中心层的第一仿生吸能管21以及第二层的第二仿生吸能骨架22外壁保持外切的位置关系；第四层设置六个第一仿生吸能骨架24紧密围绕第三层的第二仿生吸能管23均布排列，第四层的第一仿生吸能骨架24外壁与第三层的第二仿生吸能管23外壁保持外切的位置关系。

即本发明实施例中，如图1和图2所示，每个所述仿生吸能胞元200整体分为四层：第一层阵列中心的第一仿生吸能管21由单个大仿生吸能管构成；第二层设置六根第二仿生吸能骨架22为六根小仿生吸能骨架紧密围绕中心大仿生吸能管均布构成；第三层设置六个第二仿生吸能管23为六个小仿生吸能管紧密围绕中心大仿生吸能管均布构成，且吸能管外壁与中心层以及第二层的外壁保持外切的位置关系；第四层设置六个第一仿生吸能骨架24为六个大仿生吸能骨架紧密围绕第三层均布构成，其外壁同上一层外壁也保持外切的位置关系。本发明实施例中，如图1，图2和图4所示，构成第一层阵列中心的第一仿生吸能管和第三层的第二仿生吸能管在排列过程中要进行吸能管放置方向的变换，即如果第一层阵列中心的第一仿生吸能管为正置，则第三层吸能管需要倒置，即将吸能管在竖直平面内旋转180°，反之则反。这样，吸能组件尺度以及其排布密度双重变化的阵列对所传递能量双重衰减，同时，阵列中各组件单元间始终保持圆滑外切的接触方式，可以有效的避免板芯在承受载荷时出现的应力集中问题。

本发明实施例中较佳地，如图3和图4所示，所述仿生吸能管20为具有锥形内壁201和规则外壁202的梯度壁厚圆柱管；图3中间图为所述仿生吸能管20主视图，图3右边为所述仿生吸能管20立体图，图3左边为所述仿生吸能管20剖视结构示意图，图3上、下边分别为所述仿生吸能管20俯视及仰视结构示意图。较佳地，所述仿生吸能管20的锥形内壁的锥度在0.002-0.003内，最大壁厚与管外径之比不高于0.5。

本发明实施例中，所述仿生吸能管20采用具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管结构，改变其在承受冲击等载荷时的变形模式，通过梯度壁厚结构的渐进式稳定可重复变形模式，延长其变形行程，保证结构稳定性的同时吸收更多的能量。此外，规则的圆柱外形使吸能组件可以实现特定仿生阵列的排布。

本发明实施例中，如图2和图4所示，每个所述仿生吸能胞元200第一层的所述第一仿生吸能管21与第三层的第二仿生吸能管23放置方向相反。即本发明实施例中，每个所述仿生吸能胞元200第一层的所述第一仿生吸能管21与第三层的第二仿生吸能管23放置方向的变换，即如果中心层第一层的所述第一仿生吸能管21为正置，则第三层的第二仿生吸能管23需要倒置，即将吸能管在竖直平面内旋转180°，反之则反。本发明较佳地，如图1所示，所述第一层阵列中心的第一仿生吸能管21放置为正置，所述第三层的第二仿生吸能管23放置为倒置。

如图1所示，本发明实施例，多个所述仿生吸能胞元200根据自身几何特点紧密排列形成三明治夹芯板板芯结构。

具体应用实施例一

本应用实施例的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构100由诺干个仿生吸能胞元紧密排列而成，而仿生吸能胞元是两种不同类型的仿生吸能组件即仿生吸能管20和仿生吸能骨架30以特定仿生阵列的形式组合而成，如图1所示。其中，仿生吸能组件包括仿生吸能管20和仿生吸能骨架30：如图3和图4所示，仿生吸能管20为受竹子的宏观外形特点启发而模拟设计的一种具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管，通过梯度壁厚结构的渐进式稳定可重复变形模式，延长其变形行程，保证结构稳定性的同时吸收更多的能量。此外，规则的圆柱外形使吸能组件可以实现特定仿生阵列的排布。如图1和图2所示，两种不同尺度的仿生吸能骨架30作为板芯的支撑结构相互配合，增强整体结构的稳定性和抗大变形能力，同时，与仿生吸能管20相互作用，辅助仿生吸能管20实现渐进式的稳态变形模式，通过两者的相互作用挤压芯内空气，将一部分动能转化为热能，增强吸能板芯整体的抗冲击性能。两种组件仿照竹子维管束的微观组织形貌以特定仿生阵列的形式排列组合，仿生吸能组件之间彼此约束，提升吸能性的同时避免了连接材料如黏结剂等的大量使用以及可能存在的结构缺陷等问题。

本具体应用实施例一中，较佳地，如图1和图2所示，所述第一仿生吸能管21的外壁尺寸为8mm，内壁锥度为0.003，最小壁厚为2mm，最大壁厚为2.06mm，管高设置为20mm；第三层的第二仿生吸能管23的外壁尺寸为6mm，内壁锥度为0.003，最小壁厚为1.5mm，最大壁厚为1.56mm，管高设置为20mm，第三层共有六个第二仿生吸能管23以与中心层的第一仿生吸能管21锥度相反的方向紧密均布于第二层外部每两个第二吸能骨架22空隙间；所述第二层的第二仿生吸能骨架22截面直径为1mm，杆高为20mm，第二层的所述第二仿生吸能骨架22共有六个、紧密均布于中心层的第一仿生吸能管21外部；第四层的第一仿生吸能骨架24截面直径为2mm，杆高为20mm，所述第四层共有六个第一仿生吸能骨架24紧密均布于第三层每两个第二仿生吸能管23外部空隙间。

本具体应用实施例一提出的吸能板芯结构具有优异的轻量化特点和理想的吸能效果，且占用空间体积小，适用于超轻质吸能的精密型防护应用场景。

具体应用实施例二

本应用实施例二的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构100由诺干个仿生吸能胞元紧密排列而成，而仿生吸能胞元是两种不同类型的仿生吸能组件以特定仿生阵列的形式组合而成。其中，仿生吸能组件包括仿生吸能管20和仿生吸能骨架30：仿生吸能管20为受竹子的宏观外形特点启发而模拟设计的一种具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管，通过梯度壁厚结构的渐进式稳定可重复变形模式，延长其变形行程，保证结构稳定性的同时吸收更多的能量。此外，规则的圆柱外形使吸能组件可以实现特定仿生阵列的排布。两种不同尺度的仿生吸能骨架30作为板芯的支撑结构相互配合，增强整体结构的稳定性和抗大变形能力，同时，与仿生吸能管20相互作用，辅助仿生吸能管20实现渐进式的稳态变形模式，通过两者的相互作用挤压芯内空气，将一部分动能转化为热能，增强吸能板芯整体的抗冲击性能。两种组件仿照竹子维管束的微观组织形貌以特定仿生阵列的形式排列组合，仿生吸能组件之间彼此约束，提升吸能性的同时避免了黏结剂等辅助材料的大量使用以及可能存在的结构缺陷等问题。

本具体应用实施例一中，较佳地，如图1和图2所示，第一(中心)层的所述第一仿生吸能管21的外壁尺寸为20mm，内壁锥度为0.002，最小壁厚为4mm，最大壁厚为4.16mm，管高设置为80mm；第三层的第二仿生吸能管23的外壁尺寸为16mm，内壁锥度为0.002，最小壁厚为2mm，最大壁厚为2.16mm，管高设置为80mm，第三层共有六个第二仿生吸能管23以与中心层的第一仿生吸能管21锥度相反的方向紧密均布于第二层外部每两个第二吸能骨架22空隙间；第二层的第二仿生吸能骨架22截面直径为3mm，杆高为80mm，第二层的所述第二仿生吸能骨架22共有六个、密均布于中心层的第一仿生吸能管21外部；第四层的第一仿生吸能骨架24截面直径为6mm，杆高为80mm，所述第四层共有六个第一仿生吸能骨架24紧密均布于第三层每两个第二仿生吸能管23外部空隙间。

本具体应用实施二例提出的吸能板芯结构与具体应用实施例一提出的吸能板芯结构相比，吸能组件的尺寸增大，占用的空间体积和板芯重量皆增加。因此，此实施例中的板芯承载能力以及吸能效果都得到增强，适用于大型仪器设备等的防护材料制备。

综上所述，与现有技术相比，本发明公开了一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，本发明利用仿生学原理对三明治夹芯板的主要功能结构—板芯进行了创新性结构设置：设置具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管作为仿生吸能管，通过梯度壁厚结构的渐进式稳定可重复变形模式，延长变形行程，保证结构稳定性的同时高效吸能；设置具有高长径比的柱状圆杆为仿生吸能骨架，仿生吸能骨架作为板芯的支撑结构，增强了整体结构的稳定性和抗大变形能力，同时辅助吸能管实现渐进式的稳态变形模式，通过能量转化的方式吸收冲击动能，增强吸能板芯整体的抗冲击性能；根据竹子维管束微观结构的分布特点设置特定仿生阵列结构，实现对吸能组件的合理排布，吸能组件尺度以及其排布密度双重变化的阵列对所传递能量双重衰减，同时，阵列中各组件单元间始终保持圆滑外切的接触方式，可以有效的避免板芯在承受载荷时出现的应力集中问题；根据自身几何特点紧密排列形成的仿生吸能板芯可以使吸能胞元的结构特点得到充分利用，同时密闭空间有利于将冲击动能转化为热能耗散掉，使板芯的吸能特性得到进一步增强。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其特征在于，包括：

多个仿生吸能胞元，所述多个仿生吸能胞元相互紧密排列形成阵列整体；

每个仿生吸能胞元包括仿生吸能管和仿生吸能骨架，所述仿生吸能管和仿生吸能骨架按照竹子维管束微观结构的分布特征排列组合从中心内圈到外圈依次紧密排列形成预定仿生阵列单元，实现对彼此空间位置的相互约束作用，进而组成仿生吸能胞元；

所述仿生吸能管包括：分别设置于所述预定仿生阵列单元中心的第一仿生吸能管和设置于所述预定仿生阵列单元第三层的第二仿生吸能管；

所述第一仿生吸能管和所述第二仿生吸能管高度一致，所述第一仿生吸能管与所述第二仿生吸能管的外壁直径比为1.2-1.6：1；

所述仿生吸能骨架包括：分别设置于所述预定仿生阵列单元第二层的第二仿生吸能骨架，和设置于所述预定仿生阵列单元第四层的第一仿生吸能骨架；

第一仿生吸能骨架和第二仿生吸能骨架高度一致，所述第一仿生吸能骨架和第二仿生吸能骨架的截面半径比为2-3：1；

每个所述仿生吸能胞元包括四层：第一层为阵列中心设置第一仿生吸能管；第二层设置六根第二仿生吸能骨架紧密围绕阵列中心的第一仿生吸能管均布排列；第三层设置六个第二仿生吸能管紧密围绕阵列中心第一仿生吸能管均布排列，且第二仿生吸能管外壁与中心层的第一仿生吸能管以及第二层的第二仿生吸能骨架外壁保持外切的位置关系；第四层设置六个第一仿生吸能骨架紧密围绕第三层的第二仿生吸能管均布排列，第四层的第一仿生吸能骨架外壁与第三层的第二仿生吸能管外壁保持外切的位置关系。

2.根据权利要求1所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其特征在于，所述仿生吸能管为具有锥形内壁和规则外壁的梯度壁厚圆柱管；所述仿生吸能骨架为具有预定长径比的柱状圆杆，所述预定长径比为6.5-20。

3.根据权利要求1所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其特征在于，所述仿生吸能管的锥形内壁的锥度在0.002-0.003内，最大壁厚与管外径之比不高于0.5。

4.根据权利要求1所述的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其特征在于，第一层的所述第一仿生吸能管与第三层的第二仿生吸能管放置方向相反。

5.根据权利要求1所述的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其特征在于，所述第一层的第一仿生吸能管放置为正置，所述第三层的第二仿生吸能管放置为倒置。

6.根据权利要求1所述的用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构，其特征在于，多个所述仿生吸能胞元根据自身几何特点紧密排列形成三明治夹芯板板芯结构。

7.一种如权利要求1-6任一项所述用于三明治夹芯板的仿生吸能板芯结构的制备方法，其特征在于，包括：

将第一仿生吸能管设置在作为第一层设置在预定仿生阵列单元中心；

将六根第二仿生吸能骨架紧密围绕预定仿生阵列单元中心的第一仿生吸能管周边均布排列，作为预定仿生阵列单元第二层；

将六个第二仿生吸能管紧密围绕预定仿生阵列单元中心第一仿生吸能管均布排列，作为预定仿生阵列单元第三层，且将第二仿生吸能管外壁与预定仿生阵列单元中心层的第一仿生吸能管以及第二层的第二仿生吸能骨架外壁保持外切的位置关系；

将六个第一仿生吸能骨架紧密围绕第三层的第二仿生吸能管均布排列，作为第四层；

且第四层的第一仿生吸能骨架外壁与第三层的第二仿生吸能管外壁保持外切的位置关系，完成一个仿生吸能胞元制作；

然后将多个仿生吸能胞元相互紧密排列形成阵列整体形成仿生吸能板芯结构。

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