CN213361857U - 基于产品轻量化的网格结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械技术领域，公开了一种基于产品轻量化的网格结构。本实用新型中，该基于产品轻量化的网格结构，包含：多个周期性重复排列的单元，每个所述单元包括围成六方双锥的十二根支杆，所述支杆相交的位置为所述六方双锥的八个顶点，其中，所述八个顶点包括位于同一平面的六个侧顶点、以及两个分别位于所述同一平面两侧的端顶点，每一条所述支杆连接一个所述端顶点和一个所述侧顶点。该基于产品轻量化的网格结构重量轻，且在不同方向的外力承受能力差异小。

Description

基于产品轻量化的网格结构

技术领域

本实用新型涉及机械技术领域，特别涉及一种基于产品轻量化的网格结构。

背景技术

航空航天领域采用的机械产品，其工作环境恶劣、性能要求非常严格，特别是材料的连接承力结构，不仅需要满足轻量化的设计需求，还需要在工作时承受较大的拉伸、压缩、剪切等应力，该连接承力结构一旦被破坏将会直接导致飞行器失控，这会影响到整个航空或航天系统工作的成败。因此，应用于航空航天领域的机械产品，其轻量化和受力性能非常重要。

航空航天领域内现有的机械产品，例如蜂窝板，通常包括蜂窝状的通孔和围设成该通孔的柱状侧壁，其中空结构能够大幅度减轻重量，并且在柱状侧壁的轴向方向上具有很好的抗压/受力性能，以承受拉伸、压缩、剪切等应力。

然而，本实用新型的发明人发现，随着技术的不断发展，航空航天产品对于材料的性能要求越来越苛刻，目前的蜂窝板已经逐渐难以满足产品的轻量化设计需求，并且，除了柱状侧壁的轴向方向之外，蜂窝板在其他方向上的抗压/受力性能不佳，导致蜂窝板在不同方向上的外力承受能力差异较大，无法满足日益严苛的产品设计需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于产品轻量化的网格结构，其重量轻，且在不同方向上的外力承受能力差异小。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种基于产品轻量化的网格结构，包含：多个周期性重复排列的单元，每个所述单元包括围成六方双锥的十二根支杆，所述支杆相交的位置为所述六方双锥的八个顶点，其中，所述八个顶点包括位于同一平面的六个侧顶点、以及两个分别位于所述同一平面两侧的端顶点，每一条所述支杆连接一个所述端顶点和一个所述侧顶点。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，设置了一种网格结构，该种网格结构包括多个单元，每个单元由十二根支杆、八个顶点组成，由于每个单元是经由支杆围成的镂空结构，而相较于现有技术中围成蜂窝状通孔的柱状侧壁而言，支杆的尺寸更小、重量更轻，将具有该种结构的单元进行周期性的重复排列，形成的网格结构也具有较低的密度，因此，网格结构的整体重量轻；此外，每个单元的十二根支杆围设成六方双锥状、且支杆之间两两相互相交于所述六方双锥的八个顶点，由此，一个单元结构具有多个朝向不同方向的连接起来的支杆，不同朝向的支杆可以增强网格结构在不同方向上的受力强度，从而使得网格结构可以均衡的抵抗/承受来自不同方向的外力，因此，由多个单元进行周期排列后形成的网格结构，在不同方向上的外力承受能力差异较小，能够满足日益严苛的产品设计需求。

另外，所述周期重复排列结构为：多个所述单元同行同列排布，同行的相邻两个所述单元之间共用两个所述侧顶点，同列的相邻两个所述单元之间共用一个所述端顶点。也就是说，在周期性排列的结构中，多个单元之间是连接在一起的，且相邻的单元之间具有公共的顶点，由此，当某一方向的外力施加在网格结构上时，多个单元因其共顶点的连接方式而可以非常牢固的结合在一起，如此，可以使多个组合在一起的单元具有更强的外力承受能力。

另外，所述单元的十二根支杆等长。等长的支杆，可以直接围设形成六方双锥状，不需要协调各个支杆之间的长度和角度以形成一个稳定的单元结构，因此，更容易制造，进一步的，可以更容易的制造出一个稳定网格结构，更为简便和效率。

另外，所述单元的外接立方体的长、宽、高均为15毫米。

另外，所述支杆为直径为0.6毫米的圆柱体。

另外，所述网格结构的相对密度比为2.1％。

另外，所述网格结构的材质为金属。金属具有较好的硬度和抗力性，因此，当网格结构为金属材质时，有利于其抵抗更为强大的外力。

附图说明

图1是本实用新型实施方案中基于产品轻量化的网格结构的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施方案中基于产品轻量化的网格结构中每个单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施方案中基于产品轻量化的网格结构中每个单元的另一视角的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的实施方式涉及一种基于产品轻量化的网格结构100，如图1、2、3所示，包含：多个周期性重复排列的单元11，每个所述单元11包括围成六方双锥的十二根支杆111，所述支杆111相交的位置为所述六方双锥的八个顶点112，其中，所述八个顶点112包括位于同一平面的六个侧顶点112a、以及两个分别位于所述同一平面两侧的端顶点112b，每一条所述支杆111连接一个所述端顶点112b和一个所述侧顶点112a。

本实施方式中，设置了一种网格结构100，该种网格结构100包括多个单元11，每个单元11由十二根支杆111、八个顶点112组成，由于每个单元是经由支杆111围成的镂空结构，而相较于现有技术中围成蜂窝状通孔的柱状侧壁而言，支杆111的尺寸更小、重量更轻，将具有该种结构的单元11进行周期性的重复排列，形成的网格结构100也可以具有较低的密度，因此整个网格结构100的重量轻；此外，本实施方式中，每个单元11的十二根支杆111围设成六方双锥状、且支杆111之间两两相互相交成所述六方双锥的八个顶点112，由此，一个单元11因具有多个朝向不同方向的连接起来的支杆111，可以均衡的抵抗/承受来自不同方向的外力，因此，由多个单元11进行周期排列后形成的网格结构100，将从整体上提升并均衡对不同方向的外力的抵抗/承受能力，也就是说，相比于蜂窝板结构，该网格结构100在不同方向上的外力承受能力差异较小，能够满足日益严苛的产品设计需求，若网格结构100被制作于较复杂的结构时，也能够很好的进行应用。

下面对本实施方式的多个实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非所有实施细节均为本方案的必须。

本实施方式中，网格结构100包括多个单元11，每个单元11包括围设成六方双锥状的十二根支杆111和八个顶点112。

优选的，单元11的十二根支杆111等长设置，可以理解的是，当十二根支杆111等长时，不需要协调各个支杆111之间的长度和角度以形成一个稳定的单元11，而可以将所有支杆111直接搭设在一起围成稳定的单元11，更容易制造，因此，进一步的，可以更为容易的制造出整个稳定的网格结构100，这也使得网格结构100的制造更为简便和效率。

在本实施方式中，单元11呈六方双锥状，可以外接于立方体，具体的说，本实施方式中，上述外接立方体的长、宽、高分别为15毫米。另外，在网格结构100中，单元11的支杆111是直径为0.6毫米的圆柱体。可以理解的是，上述数据仅是本实施方式中的一个示例，在其他可实施方式中，可以根据实际的需要进行修改，而不仅限于上述列举出的数据。

进一步的说，本实施方式中的网格结构100由多个单元11周期重复排列而成。具体的说，本实施方式中，上述周期排列结构为：多个单元11同行同列排布，并且，同行的相邻两个所述单元11之间共用两个所述侧顶点112a，同列的相邻两个所述单元11之间共用一个所述端顶点112b。也就是说，在周期性排列的结构中，多个单元11之间是连接在一起的，且相邻的单元11之间具有公共的顶点(即同行之间的单元之间共两个侧顶点，同列的单元之间共一个端顶点)，由此，当某一方向的外力施加在网格结构100上时，多个单元11因其共顶点的连接方式而可以非常牢固的结合在一起，如此，可以使多个组合在一起的单元11对外力形成更强的抵抗/承受能力。

值得一提的是，网格结构100的材质优选的为金属。可以理解的是，该金属可以是纯金属(比如铝)，还可以是合金，此处不进行一一列举。需要说明的是，金属具有较好的硬度和抗力性，因此，当网格结构为金属材质时，能够承受更为大的外力作用。

另外，本实施方式中，网格结构100的相对密度比为2.1％。需要说明的是，此处“相对密度比”是指：具有一定尺寸的网格结构100的质量，与用网格结构100的材质填满同样尺寸空间时材质的质量之比。

为了更好的示意出本实施方式中网格结构100的实用效果，本实施方式中，分别利用现有技术中的蜂窝板、和本实施方式中的网格结构100在同样的材料的前提下建造对比模型，以下为蜂窝板模型和网格结构100的模型的性能参数。

模型一：蜂窝板

模型外形尺寸：97毫米*92毫米*70毫米

模型重量：116克

模型实体部位壁厚：0.6毫米

相对密度比：6.9％

模型二：网格结构100

模型外形尺寸：97毫米*92毫米*70毫米

模型重量：36克

模型实体部位壁厚：0.6毫米

相对密度比：2.1％

从以上数据可以看出，本实施方式中的网格结构100相比原蜂窝板结构，可以具有更轻的重量，其能够更加的适应航空航天技术对机械结构的轻量化需求。

另外，单元11呈六方双锥状，也就是说，单元11为中心对称结构，由此，由该中心对称结构的单元11组成的网格结构100，在受力时不存在方向性的问题，即从任意方向对网格结构100施加压力，该网格结构100抵抗变形的能力都一样。也就是说，本实施方式中的网格结构100能够在多个方向上均具有一定的抗力性，在所构成的零件较复杂时，可以更好的进行应用，值得一提的是，本实施方式中的网格结构100可以通过3D打印的方式实现制造。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，包含：多个周期性重复排列的单元，每个所述单元包括围成六方双锥的十二根支杆，所述支杆相交的位置为所述六方双锥的八个顶点，其中，所述八个顶点包括位于同一平面的六个侧顶点、以及两个分别位于所述同一平面两侧的端顶点，每一条所述支杆连接一个所述端顶点和一个所述侧顶点。

2.根据权利要求1所述的基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，所述周期性重复排列的单元为：多个所述单元同行同列排布，同行的相邻两个所述单元之间共用两个所述侧顶点，同列的相邻两个所述单元之间共用一个所述端顶点。

3.根据权利要求2所述的基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，所述单元的十二根支杆等长。

4.根据权利要求3所述的基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，所述单元的外接立方体的长、宽、高均为15毫米。

5.根据权利要求4所述的基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，所述支杆为直径为0.6毫米的圆柱体。

6.根据权利要求5所述的基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，所述网格结构的相对密度比为2.1％。

7.根据权利要求1所述的基于产品轻量化的网格结构，其特征在于，所述网格结构的材质为金属。

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