CN212266857U - 一种混杂复合蜂窝夹芯板 - Google Patents
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Abstract
一种混杂复合蜂窝夹芯板，涉及复合材料技术领域。为解决现有的蜂窝夹芯板空间贯通性差，采用的是单一基体材料，不能够更好的优化结构整体的承载能力和能量吸收性能的问题。本实用新型的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其组成包括前面板、蜂窝隔层和后面板；前面板的下表面与蜂窝隔层的上表面贴合固定，蜂窝隔层的下表面与后面板的上表面贴合固定；蜂窝隔层的蜂窝壁在中心位置设置圆孔，且错位断开排放，前面板、蜂窝隔层的蜂窝壁和后面板均采用纤维金属层合板。
Description
技术领域
本实用新型涉及复合材料技术领域，具体涉及一种混杂复合蜂窝夹芯板。
背景技术
随着能源的匮乏和污染的加剧，轻质高强材料的设计成为航空航天、交通工程、船舶工程等工业领域的一项重要任务。夹芯结构由上、下两层实体薄面板和中间较厚孔隙芯材连接形成，一方面因含有大量的孔隙降低了结构的质量，另一方面因芯材的厚度增加了结构的惯性矩。这使得夹芯结构具备更优异的抗弯性和稳定性，在大型工程的装备制造领域中有广泛的应用前景。
近年来，随着节能环保在工程中占据了越来越重要的地位，夹芯结构也得到了快速的发展。夹芯结构的设计主要是对芯材的设计。目前，最常见的芯材有泡沫材料、蜂窝材料和点阵材料。同泡沫材料相比，蜂窝材料和点阵材料拓扑结构规则，具备更优异的力学性能和更广泛的功能特性。同点阵材料相比，蜂窝材料作为芯材结构抗弯曲和剪切性能更优异，并且制备工艺简单。但是蜂窝材料的蜂窝壁将空间分割成独立的单元，空间贯通性差，限制了夹芯结构整体的功能特性。此外，传统蜂窝材料的基体材料主要为金属或复合材料。金属蜂窝材料在低密度条件下，孔壁非常薄，极易发生弹性屈曲，产生局部破坏，导致整体失效，降低了夹芯结构整体的承载能力和能量吸收性能。复合蜂窝材料因加工和切割工艺难度大，限制了微拓扑结构的设计范围，降低了夹芯结构整体的力学性能和功能特性的优化程度。并且，仅以金属或复合材料作为蜂窝材料的基体材料，不能够充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。
综上所述，现有的蜂窝夹芯板存在空间贯通性差，采用的是单一基体材料，不能够更好的优化结构整体的承载能力和能量吸收性能的问题。
实用新型内容
本实用新型为解决现有的蜂窝夹芯板空间贯通性差，采用的是单一基体材料，不能够更好的优化结构整体的承载能力和能量吸收性能的问题，而提出一种混杂复合蜂窝夹芯板。
本实用新型的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其组成包括前面板、蜂窝隔层和后面板；前面板的下表面与蜂窝隔层的上表面贴合固定，蜂窝隔层的下表面与后面板的上表面贴合固定；
进一步的，所述的蜂窝隔层的微拓扑几何形状为方形或六边形；
进一步的，所述的蜂窝隔层的蜂窝壁为波纹形状；
进一步的，所述的蜂窝隔层的蜂窝壁在中心位置设置圆孔，且错位断开排放；
进一步的，所述的前面板、蜂窝隔层的蜂窝壁和后面板均采用纤维金属层合板；
进一步的，所述的纤维金属层合板包括n层金属薄板，n为正整数，且每两个金属薄板之间设有纤维增强复合材料；
进一步的，所述的纤维增强复合材料为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料；
进一步的，所述的金属薄板与纤维增强复合材料的厚度相同，均为0.15mm；
进一步的，所述的前面板和后面板的金属薄板层数n，5≤n≤12，蜂窝隔层中蜂窝壁的金属薄板层数n，2≤n≤7；
进一步的，所述的蜂窝隔层中蜂窝壁的厚度是长度的5％-20％，蜂窝壁的厚度是高度的5％-20％；
进一步的，采用混杂金属和纤维的复合材料作为基体材料，通过连接前面板、蜂窝隔板和后面板构建了混杂复合蜂窝夹芯板。夹芯板的力学性能和功能特性主要受蜂窝隔板的影响。传统蜂窝隔板的基体材料仅考虑采用单一的金属材料或复合材料，不能够充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。并且，金属密度大，在控制轻质的条件下会减少孔壁的厚度，容易产生弹性屈曲，导致局部破坏。复合材料的切割工艺难度大，不容易加工成复杂的微拓扑结构，满足优化结果。这些都降低了夹芯板整体的承载能力和能量吸收性能。此外，传统蜂窝材料是密闭结构，空间贯通性差，这也限制了夹芯板的功能特性。将金属和纤维混杂成纤维金属复合材料作为蜂窝夹芯板的基体材料，同时具备了金属材料和纤维材料的优点。一方面，在基体材料中混杂纤维成分，降低了材料的密度，在保证低质量的条件下，能够增加蜂窝壁的厚度，提高蜂窝夹芯板的抗弯性能和稳定性。另一方面，在基体材料中混杂金属成分，易于切割和加工，能够满足蜂窝隔板微拓扑结构复杂的优化要求。此外，为了充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。在优化基体材料的基础上，从结构方向出发，将蜂窝壁设计成波纹形状，并在蜂窝壁的中心位置设置圆孔或将蜂窝壁错位断开排放，建立二级波纹蜂窝结构，打开了蜂窝隔板的密闭空间，在提高蜂窝夹芯板的承载能力和能量吸收性能的同时，更扩展了蜂窝夹芯板的功能特性。
本实用新型中的夹芯板是板材结构的一类，由前面板、后面板和蜂窝隔层组成，面板较薄且强度和刚度大，芯层较厚且密度低。通过前面板和后面板中间连接蜂窝隔层实现了作用力的传递，比相同质量的实体板材结构具有更高的抗弯刚度和稳定性，既能够作为承载结构又具备多功能集成特性。
本实用新型中的夹芯板，兼具力学性能和功能特性，主要受芯层材料性能的影响。因此，从基体材料性能和微拓扑结构形式两方面出发，通过对芯材开展优化设计，能够在保证低质量的条件下，提高夹芯板的承载能力和能量吸收性能，并扩展夹芯板的功能特性。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本实用新型克服了现有技术的缺点，采用前面板的下表面与蜂窝隔层的上表面贴合固定，蜂窝隔层的下表面与后面板的上表面贴合固定，降低了基体材料的密度，在保证质量不变的条件下，能够有效增加蜂窝壁的厚度，通过增强蜂窝隔板的弯曲刚度提高蜂窝夹芯板的承载能力和能量吸收性能。
二、本实用新型中的蜂窝隔板的蜂窝壁设计成波纹形状，通过有效增强蜂窝隔板的弯曲刚度提高蜂窝夹芯板的承载能力和能量吸收性能。
三、本实用新型克服了现有技术的缺点，通过在蜂窝壁的中心位置设置圆孔或将蜂窝壁错位断开排放，设计二级蜂窝结构作为夹芯层，夹芯板空间贯通性较好。
附图说明
图1是本实用新型所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板中蜂窝隔层的微拓扑几何形状为正方形，且蜂窝壁在中心位置设置圆孔的结构剖视图；
图2是本实用新型所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板中蜂窝隔层的微拓扑几何形状为正方形，且蜂窝壁错位断开排放的结构剖视图；
图3是本实用新型所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板中蜂窝隔层的微拓扑几何形状为六边形，且蜂窝壁在中心位置设置圆孔的结构剖视图；
图4是本实用新型所述的是一种混杂复合蜂窝夹芯板中蜂窝隔层的微拓扑几何形状为六边形的剖视图，且蜂窝壁错位断开排放的结构剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板包括前面板1、蜂窝隔层2和后面板3；前面板1的下表面与蜂窝隔层2的上表面贴合固定，蜂窝隔层2的下表面与后面板3的上表面贴合固定；
本具体实施方式，采用混杂金属和纤维的复合材料作为基体材料，通过连接前面板1、蜂窝隔板2和后面板3构建了混杂复合蜂窝夹芯板。夹芯板的力学性能和功能特性主要受蜂窝隔板2的影响。传统蜂窝隔板2的基体材料仅考虑采用单一的金属材料或复合材料，不能够充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。并且，金属密度大，在控制轻质的条件下会减少孔壁的厚度，容易产生弹性屈曲，导致局部破坏。复合材料的切割工艺难度大，不容易加工成复杂的微拓扑结构，满足优化结果。这些都降低了夹芯板整体的承载能力和能量吸收性能。此外，传统蜂窝材料是密闭结构，空间贯通性差，这也限制了夹芯板的功能特性。将金属和纤维混杂成纤维金属复合材料作为蜂窝夹芯板的基体材料，同时具备了金属材料和纤维材料的优点。一方面，在基体材料中混杂纤维成分，降低了材料的密度，在保证低质量的条件下，能够增加蜂窝壁的厚度，提高蜂窝夹芯板的抗弯性能和稳定性。另一方面，在基体材料中混杂金属成分，易于切割和加工，能够满足蜂窝隔板2微拓扑结构复杂的优化要求。此外，为了充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。在优化基体材料的基础上，从结构方向出发，将蜂窝壁设计成波纹形状，并在蜂窝壁的中心位置设置圆孔或将蜂窝壁错位断开排放，建立二级波纹蜂窝结构，打开了蜂窝隔板2的密闭空间，在提高蜂窝夹芯板的承载能力和能量吸收性能的同时，更扩展了蜂窝夹芯板的功能特性。
本实用新型中的夹芯板是板材结构的一类，由前面板1、后面板3和蜂窝隔层2组成，面板较薄且强度和刚度大，芯层较厚且密度低。通过前面板1和后面板3中间连接蜂窝隔层2实现了作用力的传递，比相同质量的实体板材结构具有更高的抗弯刚度和稳定性，既能够作为承载结构又具备多功能集成特性。
本实用新型中的夹芯板，兼具力学性能和功能特性，主要受芯层材料性能的影响。因此，从基体材料性能和微拓扑结构形式两方面出发，通过对芯材开展优化设计，能够在保证低质量的条件下，提高夹芯板的承载能力和能量吸收性能，并扩展夹芯板的功能特性。
具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的蜂窝隔层2的微拓扑几何形状为方形或六边形；
本具体实施方式，采用蜂窝隔层2的微拓扑几何形状为方形或六边形，易于切割和加工，加工成本较低。
具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的蜂窝隔层2的蜂窝壁为波纹形状；
本具体实施方式，采用蜂窝隔层2的蜂窝壁为波纹形状，提高蜂窝夹芯板的承载能力和能量吸收性能。
具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的蜂窝隔层2的蜂窝壁在中心位置设置圆孔，且断开错位排放；
本具体实施方式，采用蜂窝隔层2的蜂窝壁在中心位置设置圆孔，且错位断开排放，打开蜂窝隔层2的封闭空间，扩展蜂窝夹芯板的功能特性。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的前面板1、蜂窝隔层2的蜂窝壁和后面板3均采用纤维金属层合板；
本具体实施方式，采用前面板1、蜂窝隔层2的蜂窝壁和后面板3均采用纤维金属层合板，提高板材的厚度，降低板材的加工难度。
具体实施方式六：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的纤维金属层合板包括n层金属薄板，n为正整数，且每两个金属薄板之间设有一层纤维增强复合材料；
本具体实施方式，纤维金属层合板采用多层金属薄板，且每两个金属薄板之间设有一层纤维增强复合材料，最后经过高温高压压制的工序，制成的纤维金属层合板。
具体实施方式七：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的纤维增强复合材料为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。
具体实施方式八：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的金属薄板与纤维增强复合材料的厚度相同，均为0.15mm。
具体实施方式九：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的前面板1和后面板3的金属薄板层数n，5≤n≤12，蜂窝隔层2中蜂窝壁的金属薄板层数n，2≤n≤7。
具体实施方式十：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的夹芯板的进一步的限定，本实施方式所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，所述的蜂窝隔层2中蜂窝壁的厚度是长度的5％-20％，蜂窝壁的厚度是高度的5％-20％。
工作原理
采用混杂金属和纤维的复合材料作为基体材料，通过连接前面板1、蜂窝隔板2和后面板3构建了混杂复合蜂窝夹芯板。夹芯板的力学性能和功能特性主要受蜂窝隔板2的影响。传统蜂窝隔板2的基体材料仅考虑采用单一的金属材料或复合材料，不能够充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。并且，金属密度大，在控制轻质的条件下会减少孔壁的厚度，容易产生弹性屈曲，导致局部破坏。复合材料的切割工艺难度大，不容易加工成复杂的微拓扑结构，满足优化结果。这些都降低了夹芯板整体的承载能力和能量吸收性能。此外，传统蜂窝材料是密闭结构，空间贯通性差，这也限制了夹芯板的功能特性。将金属和纤维混杂成纤维金属复合材料作为蜂窝夹芯板的基体材料，同时具备了金属材料和纤维材料的优点。一方面，在基体材料中混杂纤维成分，降低了材料的密度，在保证低质量的条件下，能够增加蜂窝壁的厚度，提高蜂窝夹芯板的抗弯性能和稳定性。另一方面，在基体材料中混杂金属成分，易于切割和加工，能够满足蜂窝隔板2微拓扑结构复杂的优化要求。此外，为了充分发挥蜂窝材料特有的材料和结构耦合响应特性的优势。在优化基体材料的基础上，从结构方向出发，将蜂窝壁设计成波纹形状，并在蜂窝壁的中心位置设置圆孔或将蜂窝壁错位断开排放，建立二级波纹蜂窝结构，打开了蜂窝隔板2的密闭空间，在提高蜂窝夹芯板的承载能力和能量吸收性能的同时，更扩展了蜂窝夹芯板的功能特性。
本实用新型中的夹芯板是板材结构的一类，由前面板1、后面板3和蜂窝隔层2组成，面板较薄且强度和刚度大，芯层较厚且密度低。通过前面板1和后面板3中间连接蜂窝隔层2实现了作用力的传递，比相同质量的实体板材结构具有更高的抗弯刚度和稳定性，既能够作为承载结构又具备多功能集成特性。
本实用新型中的夹芯板，兼具力学性能和功能特性，主要受芯层材料性能的影响。因此，从基体材料性能和微拓扑结构形式两方面出发，通过对芯材开展优化设计，能够在保证低质量的条件下，提高夹芯板的承载能力和能量吸收性能，并扩展夹芯板的功能特性。
Claims (8)
1.一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：包括前面板(1)、蜂窝隔层(2)和后面板(3)；前面板(1)的下表面与蜂窝隔层(2)的上表面贴合固定，蜂窝隔层(2)的下表面与后面板(3)的上表面贴合固定，蜂窝隔层(2)的蜂窝壁在中心位置设置圆孔，且错位断开排放，前面板(1)、蜂窝隔层(2)的蜂窝壁和后面板(3)均采用纤维金属层合板。
2.根据权利要求1所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的蜂窝隔层(2)的微拓扑几何形状为方形或六边形。
3.根据权利要求2所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的蜂窝隔层(2)的蜂窝壁为波纹形状。
4.根据权利要求1所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的纤维金属层合板包括n层金属薄板，n为正整数，且每两个金属薄板之间设有一层纤维增强复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的纤维增强复合材料为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。
6.根据权利要求4所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的金属薄板与纤维增强复合材料的厚度相同，均为0.15mm。
7.根据权利要求1或4所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的前面板(1)和后面板(3)的金属薄板层数n，5≤n≤12，蜂窝隔层(2)中蜂窝壁的金属薄板层数n，2≤n≤7。
8.根据权利要求7所述的一种混杂复合蜂窝夹芯板，其特征在于：所述的蜂窝隔层(2)中蜂窝壁的厚度是长度的5％-20％，蜂窝壁的厚度是高度的5％-20％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020536197.1U CN212266857U (zh) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | 一种混杂复合蜂窝夹芯板 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202020536197.1U CN212266857U (zh) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | 一种混杂复合蜂窝夹芯板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212266857U true CN212266857U (zh) | 2021-01-01 |
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| CN (1) | CN212266857U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113071182A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种空心球壳填充蜂窝碳纤维板及其制备方法 |
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2020
- 2020-04-13 CN CN202020536197.1U patent/CN212266857U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113071182A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种空心球壳填充蜂窝碳纤维板及其制备方法 |
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