CN208760099U - 一种多层蜂窝结构复合板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多层蜂窝结构复合板，复合板体采用压制成型，由外向内依次为顶部面板、顶部蜂窝芯、上隔板、中部蜂窝芯、下隔板、底部蜂窝芯、底部面板，并通过胶粘剂连接；顶部面板用来用来直接承受外部载荷,底部面板用于承载拉伸模量和强度。中部蜂窝芯由若干中部蜂窝芯单胞等间距平行排列胶粘于上隔板与下隔板之间，中部蜂窝芯单胞之间线接触部位焊接形成蜂窝链，且与相邻两个蜂窝链层叠粘接，中部蜂窝芯单胞侧边与肋板依中心圆柱体对称连接,下隔板与底部蜂窝芯胶接，底部蜂窝芯下端与底部面板胶接。多层蜂窝结构分层缓冲吸能，提高复合板承受面外载荷的比刚度和比强度，使其受力更均匀，抗压、抗弯和抗冲击能力增强。

Description

一种多层蜂窝结构复合板

技术领域

本实用新型涉及一种夹层结构的复合板，具体地说，涉及一种多层蜂窝结构复合板；属于复合材料及结构设计制造领域。

背景技术

多层蜂窝夹层结构具有质量轻、比刚度大、比强度高、隔热、隔音、缓冲性能优异等优点，用于制造夹层板等夹层结构，尤其在飞行器腹部冲击吸能模块，包装箱芯层、机车碰撞吸能模块等新型复合材料及结构设计制造领域。在航空航天、汽车、船舶、包装运输等领域应用非常广泛。正六边形蜂窝芯是人类仿生学应用的一大成果，常见的多层蜂窝结构夹层板是以不同规格的正六边形蜂窝芯作为夹层板的芯材。自蜂窝材料发展以来，国内外学者对其进行着不断的研究，目前蜂窝夹层板在设计理论和制造技术上也已较为成熟，其抵抗变形的工作原理类似于工字梁、槽形梁等，仅通过设计合理的截面尺寸和形状，可达到较高比刚度。多层蜂窝结构具有单层蜂窝板的特点，其缓冲吸能效果更加优异，阿波罗11系列腿式着陆器就是采用三层蜂窝结构进行着陆吸能的。

专利CN205705577U中提出了“一种三层结构蜂窝夹层板”，该蜂窝夹层板结构蜂窝其一三层为相同且常见的正六边形蜂窝，第二层为瓦楞板，但其未能考虑面外方向的冲击吸能情况，瓦楞板在大质量低速冲击时很容易变形失稳，导致结构整体承载能力下降，缓冲性能较低。

在专利CN 106739378 A中提出了“一种四层的蜂窝板”，该蜂窝板设计采用四层正六边形蜂窝串联起来，中间由隔板隔开，其效果为四层经典蜂窝的堆叠，因为其各层之间均为规则蜂窝芯，故其在面外缓冲性能并未较单层蜂窝有所改善。本实用新型采用三层不同构型蜂窝串联，中间由隔板连接，各层因蜂窝芯性能不同，故既能有效降低冲击时的接触力峰值，又能在塑性变形和破坏的过程中耗散掉大量能量。

对于多层蜂窝夹层结构国内外已有较多研究，常见的多层规格蜂窝结构虽在面外承载方面性能优异，但缓冲性能有限，在大质量低速冲击载荷作用下，各芯层不确定层先发生屈曲，蜂窝芯迅速进入平台应力期，由于其它层芯子规格相同，多层结构会在不确定层开始塌陷，直至多个蜂窝层均溃塌，整个过程中虽能很好的耗散能量，但并不能降低因外物碰撞时产生整体的碰撞力峰值。

实用新型内容

为了避免现有技术存在的不足，本实用新型提出一种多层蜂窝结构复合板。该多层蜂窝结构复合板由不同构型蜂窝芯层组成，其特点在于通过不同构型芯层组合，使在发生大质量低速碰撞时，既能降低碰撞力峰值，又能较好的耗散动能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括复合板体，其特征在于复合板体采用压制成型，由外向内依次为顶部面板、顶部蜂窝芯、上隔板、中部蜂窝芯、下隔板、底部蜂窝芯、底部面板，并通过胶粘剂连接，顶部面板用来直接承受外部载荷，底部面板用来承载拉伸模量和强度；

所述顶部蜂窝芯由正六边形蜂窝与菱形蜂窝组合成型，菱形蜂窝为顶部蜂窝芯承载边，用于均匀受力，若干顶部蜂窝芯平行组合成顶部蜂窝芯层并与顶部面板下表面通过胶粘剂连接，顶部蜂窝芯层下端部与上隔板通过胶粘剂连接；

所述中部蜂窝芯包括中部蜂窝芯单胞，若干个中部蜂窝芯单胞等间距平行排列胶粘于上隔板与下隔板之间，中部蜂窝芯单胞之间线接触部位焊接形成蜂窝链，且与相邻两个蜂窝链层叠粘接，中部蜂窝芯单胞侧边与肋板依中心圆柱体对称连接,下隔板下表面与底部蜂窝芯上端部通过胶粘剂连接，底部蜂窝芯下端部与底部面板内表面通过胶粘剂连接。

所述顶部面板采用凯夫拉纤维树脂基复合材料面板。

所述底部面板采用碳纤维增强树脂基复合材料面板。

有益效果

本实用新型提出的多层蜂窝结构复合板，复合板体采用压制成型，由外向内依次为顶部面板、顶部蜂窝芯、上隔板、中部蜂窝芯、下隔板、底部蜂窝芯、底部面板并通过胶粘剂连接；顶部面板用来直接承受外部载荷,底部面板用来承载拉伸模量和强度。中部蜂窝芯由若干个中部蜂窝芯单胞等间距平行排列胶粘于上隔板与下隔板之间，中部蜂窝芯单胞之间线接触部位焊接形成蜂窝链，且与相邻两个蜂窝链层叠粘接，中部蜂窝芯单胞侧边与肋板依中心圆柱体对称连接,下隔板与底部蜂窝芯胶接，底部蜂窝芯下端与底部面板胶接。多层蜂窝结构分层缓冲吸能，提高复合板承受面外载荷的比刚度和比强度，使其受力更均匀；抗压、抗弯和抗冲击能力增强。

本实用新型多层蜂窝结构复合板的中部蜂窝芯在正六边形蜂窝内部布置直径为d的圆柱体能增加蜂窝抵抗面外压缩的能力，圆柱体在轴压下一般有稳定的渐进破坏模式，通过塑性屈曲吸收能量，是一种性能优越的缓冲吸能结构，在整个压缩过程中，瞬态载荷的幅值在平均载荷附近波动，这也是圆柱体具有较强的吸能能力的根本原因。

多层蜂窝结构在承受碰撞时的冲击载荷，由顶部蜂窝芯层先发生失稳而叠缩破坏吸能，耗散外来物体的动能，该层蜂窝芯压溃密实时中部蜂窝芯层蜂窝开始失稳并进行叠缩吸能，外来物体的动能进一步耗散，中部蜂窝芯层蜂窝芯压溃密实时底部蜂窝芯层蜂窝开始失稳并进行叠缩吸能，外来物体的动能最终的耗散，最后至多层蜂窝均密实在底部蜂窝芯位置。多层蜂窝结构分批次缓冲吸能，使得碰撞事件发生时，碰撞力峰值较低，而又能最大限度地缓冲吸能。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种多层蜂窝结构复合板作进一步详细说明。

图1为本实用新型多层蜂窝结构复合板示意图。

图2为本实用新型多层蜂窝结构复合板的顶部蜂窝芯俯视图。

图3为本实用新型多层蜂窝结构复合板的中部蜂窝芯俯视图。

图4为本实用新型多层蜂窝结构复合板的底部蜂窝芯俯视图。

图5为本实用新型的中部蜂窝芯单胞构型示意图。

图6为本实用新型的中部蜂窝芯单胞构型俯视图。

图中

1.顶部面板 2.顶部蜂窝芯 3.上隔板 4.中部蜂窝芯 5.下隔板 6.底部蜂窝芯7.底部面板 8.中部蜂窝芯单胞 9.肋板

具体实施方式

本实施例是一种多层蜂窝结构复合板。

在图中，规定坐标轴xoy面为面内，z方向为面外，且z轴正方向为上方向。

参阅图1～图6，在图中，规定坐标轴xoy面为面内，z方向为面外，且z轴正方向为上方向。本实施例多层蜂窝结构复合板，其复合板体采用压制成型，由外向内依次为顶部面板1、顶部蜂窝芯2、上隔板3、中部蜂窝芯4、下隔板5、底部蜂窝芯6、底部面板7并通过胶粘剂连接，顶部面板1用来直接承受外部载荷,底部面板7用来承载拉伸模量和强度。其中,顶部蜂窝芯2由正六边形蜂窝与菱形蜂窝组合成型，菱形蜂窝为顶部蜂窝芯2承载边，用于均匀受力；若干顶部蜂窝芯2平行组合成顶部蜂窝芯层并与顶部面板1下表面通过胶粘剂连接，顶部蜂窝芯2层下端部与上隔板3通过胶粘剂连接。

中部蜂窝芯4包括中部蜂窝芯单胞8，若干个中部蜂窝芯单胞8等间距平行排列胶粘于上隔板3与下隔板5之间，中部蜂窝芯单胞之间线接触部位焊接形成蜂窝链，且与相邻两个蜂窝链层叠粘接，中部蜂窝芯单胞侧边与肋板9依中心圆柱体对称连接,下隔板5下表面与底部蜂窝芯6上端部通过胶粘剂连接，底部蜂窝芯6下端部与底部面板7内表面通过胶粘剂连接。

多层蜂窝结构复合板的顶部面板1采用凯夫拉纤维树脂基复合材料面板。顶部面板1为凯夫拉纤维树该复合材料层合板在复合材料领域相关技术已比较成熟。顶部蜂窝芯2的上部胶粘于顶部面板1上，该层蜂窝芯的单胞蜂窝由边长为L1、壁厚为T1，蜂窝高度为H1的铝蜂窝制成，四个规则铝蜂窝拼接组成中心的菱形蜂窝。上隔板3与下隔板5均是厚度为T0的铝合金板。上隔板3胶粘于顶部蜂窝芯2下部，中部蜂窝芯4胶粘于上隔板3的另一面。中部蜂窝芯4均为铝制，该层蜂窝芯的单胞蜂窝边长为L2，高度为H2，壁厚均为T2，高度为H2，圆柱壳的半径为d，该胞型尺寸经有限元优化分析,d与L2的最佳比例为2/4。下隔板5胶粘于中部蜂窝芯4的下部，底部蜂窝芯6胶粘于下隔板5的另一面。底部蜂窝芯6为边长为L3，高度为H3，壁厚为T3的传统铝蜂窝芯。底部面板7胶粘于底部蜂窝芯6下部，底部面板7采用碳纤维增强树脂基复合材料面板。

根据实际工况对缓冲时碰撞力峰值、吸能量的要求来确定该型多层蜂窝复合板的各芯层性能，进而确定具体参数。

若各参数取值为:L1＝3cm，L2＝6cm，L3＝3cm；H1＝6cm，H2＝12cm，H3＝6cm；T0＝T1＝T2＝T3＝0.5mm，d＝2.4cm，顶部面板、底部面板厚度均为2mm。故由此方式可制成多层蜂窝结构复合板。

Claims (3)

1.一种多层蜂窝结构复合板，包括复合板体，其特征在于:复合板体采用压制成型，由外向内依次为顶部面板、顶部蜂窝芯、上隔板、中部蜂窝芯、下隔板、底部蜂窝芯、底部面板，并通过胶粘剂连接，顶部面板用来直接承受外部载荷，底部面板用来承载拉伸模量和强度；

所述顶部蜂窝芯由正六边形蜂窝与菱形蜂窝组合成型，菱形蜂窝为顶部蜂窝芯承载边，用于均匀受力，若干顶部蜂窝芯平行组合成顶部蜂窝芯层并与顶部面板下表面通过胶粘剂连接，顶部蜂窝芯层下端部与上隔板通过胶粘剂连接；

所述中部蜂窝芯包括中部蜂窝芯单胞，若干个中部蜂窝芯单胞等间距平行排列胶粘于上隔板与下隔板之间，中部蜂窝芯单胞之间线接触部位焊接形成蜂窝链，且与相邻两个蜂窝链层叠粘接，中部蜂窝芯单胞侧边与肋板依中心圆柱体对称连接,下隔板下表面与底部蜂窝芯上端部通过胶粘剂连接，底部蜂窝芯下端部与底部面板内表面通过胶粘剂连接。

2.根据权利要求1所述的多层蜂窝结构复合板，其特征在于:所述顶部面板采用凯夫拉纤维树脂基复合材料面板。

3.根据权利要求1所述的多层蜂窝结构复合板，其特征在于:所述底部面板采用碳纤维增强树脂基复合材料面板。