一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及加工方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種夾層結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 夾層結(jié)構(gòu)具有重量輕，比強度高，比剛性好、隔音、隔熱、壽命長、綜合功能突出、外 觀平直度高、不易變形、加工適應性好等眾多優(yōu)點，在航空航天、高速列車、船舶、建筑室內(nèi) 外裝飾、體育用品、賽車、輕體房屋等領域得到廣泛的應用。一種類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)（申請?zhí)?201310521056.7實審中）、一種類方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)（申請?zhí)?01510113765.0實審中）在結(jié) 構(gòu)上擴展了蜂窩體系，目前針對各種常見蜂窩夾層結(jié)構(gòu)設計與理論分析已經(jīng)日趨完善，且 在某些領域成為廣泛應用的一種夾層結(jié)構(gòu)。但是從結(jié)構(gòu)力學性能、加工方法上，常見蜂窩夾 層結(jié)構(gòu)并不是最優(yōu)的。一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)和成形方式上對現(xiàn)有的蜂窩夾層 結(jié)構(gòu)體系作有效補充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及加工方法，可以在 滿足夾層整體結(jié)構(gòu)剛性的前提下，結(jié)構(gòu)力學性能更優(yōu)，形狀更加美觀，加工過程更加易于操 作。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是以：一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，該結(jié) 構(gòu)的最小力學分析單元為組成第一鈍角的第一斜邊和第一豎直邊，和組成第二鈍角的第二 斜邊和第二豎直邊，且兩個呈軸對稱的豎直邊通過膠粘劑膠接在一起。
[0005] 進一步擴展的結(jié)構(gòu)為上下、左右對稱的最小力學分析單元的斜邊端點連接，及上 下相鄰單元的水平邊端點與豎直邊端點相連。
[0006] 所述的第一斜邊、第二斜邊長度相等，第一豎直邊、第二豎直邊長度相等。
[0007] -種用于加工改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的方法，它包括以下步驟：
[0008] S1:選擇由第一斜邊、第二斜邊、第一豎直邊和第二豎直邊組合形成的弓形條狀單 元作為最小加工單元，將相同的弓形條狀單元的相鄰豎直邊重復粘接能夠組合粘接成長條 狀組合單元。
[0009] S2:將四根長條狀組合單元中的一號長條狀組合單元和二號長條狀組合單元相對 布置，并保證其錯開一個第一豎直邊的長度;將三號長條狀組合單元與二號長條狀組合單 元背對背布置，并保證其水平邊相重合;將四號長條狀組合單元與一號長條狀組合單元相 對布置，并保證其豎直邊在同一豎直線上。
[0010] S3:將一號長條狀組合單元、二號長條狀組合單元、三號長條狀組合單元和四號長 條狀組合單元相接觸的面涂抹膠粘劑，進行粘接并壓合，最終形成改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，這 種樣式的加工單元粘合后，十字形的垂直邊的壁厚為斜邊壁厚的兩倍。
[0011] 所述S1中弓形條狀單元作為最小加工單元，其加工方法是，采用薄壁板材料進行 折彎加工，折彎的角度為多次有序的45°和180°，采用金屬薄壁板材料的厚度為0.5mm- 1.5mm〇
[0012] 所述SI中弓形條狀單元作為最小加工單元，其加工方法是，采用金屬實心板，按照 最小加工單元的形狀編寫數(shù)控程序，進行線切割加工，此處所采用金屬實心板厚度大于 5mm 〇
[0013] -種用于加工改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的方法，它包括以下步驟：
[0014] S11:選擇由第一斜邊、第二斜邊、第一豎直邊和第二豎直邊組合形成的槽狀條形 單元作為最小加工單元，將相同的槽狀條形單元的相鄰豎直邊重復粘接能夠組合粘接成連 續(xù)槽狀組合單元。
[0015] S12:將四根連續(xù)槽狀組合單元中的一號連續(xù)槽狀組合單元和二號連續(xù)槽狀組合 單元相對布置，并保證其錯開一個第一豎直邊的長度;將三號連續(xù)槽狀組合單元與二號連 續(xù)槽狀組合單元背對背布置，并保證其水平邊相重合;將四號連續(xù)槽狀組合單元與一號連 續(xù)槽狀組合單元相對布置，并保證其豎直邊在同一豎直線上。
[0016] S13:將一號連續(xù)槽狀組合單元、二號連續(xù)槽狀組合單元、三號連續(xù)槽狀組合單元 和四號連續(xù)槽狀組合單元相接觸的面涂抹膠粘劑，進行粘接并壓合，最終形成改進類蜂窩 夾層結(jié)構(gòu)，這種樣式的加工單元粘合后，兩條十字形的垂直邊的壁厚，一條邊為斜邊壁厚的 兩倍，一條邊為斜邊壁厚的四倍。
[0017] 所述S11中槽狀條形單元采用金屬薄壁板材料進行折彎加工，折彎的角度為多次 有序的90°、45°和180°，采用金屬薄壁板材料的厚度為0.5mm-l. 5mm。
[0018] 所述SI 1中槽狀條形單元采用金屬實心板，按照其形狀編寫數(shù)控程序，進行線切割 加工，此處所用金屬實心板厚度應大于5_。
[0019] 所述金屬薄壁板材料為鋁合金。
[0020] 所述金屬實心板為鋁合金。
[0021] 本發(fā)明提供的一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及夾芯結(jié)構(gòu)的加工方法，可以滿足結(jié)構(gòu)強 度和剛性的前提下，使夾層的結(jié)構(gòu)的重量更輕，力學性能更好，實現(xiàn)輕量化設計，且其加工 方法易于操作，簡單可行，形狀更加美觀，可以用于大批量、低成本的加工類蜂窩夾芯及夾 層結(jié)構(gòu)，有利于該結(jié)構(gòu)的科學研究及推廣應用。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：
[0023]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)組合的截面示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的力學等效模型。
[0025]圖3為本發(fā)明最小力學計算單元X方向上的單向拉伸受力結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明最小力學計算單元Y方向上的單向拉伸受力結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明最小陣列構(gòu)建胞元。
[0028]圖6為改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)簡圖。
[0029] 圖7為改進類蜂窩夾芯完整平面擴展圖。
[0030] 圖8為類蜂窩夾芯完整平面擴展圖。
[0031] 圖9為實施例1的改進類蜂窩夾芯最小加工單元及其粘合過程。
[0032] 圖10為實施例2的改進類蜂窩夾芯最小加工單元及其粘合過程。
[0033]圖中：第一斜邊1、第一豎直邊2、第二斜邊3、第二豎直邊4、弓形條狀單元5、長條狀 組合單元6、槽狀條形單元7、連續(xù)槽狀組合單元8;
[0034] 一號長條狀組合單元61、二號長條狀組合單元62、三號長條狀組合單元63和四號 長條狀組合單元64;
[0035] 一號連續(xù)槽狀組合單元81、二號連續(xù)槽狀組合單元82、三號連續(xù)槽狀組合單元83、 四號連續(xù)槽狀組合單元84。
【具體實施方式】
[0036] 如圖1中，一種改進類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的最小力學分析單元為組成第一鈍角 的第一斜邊1和第一豎直邊2,和組成第二鈍角的第二斜邊3和第二豎直邊4,且兩個呈軸對 稱的豎直邊通過膠粘劑膠接在一起。
[0037] 進一步擴展的結(jié)構(gòu)為上下、左右對稱的最小力學分析單元的斜邊端點連接，及上 下相鄰單元的水平邊端點與豎直邊端點相連。
[0038] 所述的第一斜邊1、第二斜邊3長度相等，第一豎直邊2、第二豎直邊4長度相等。
[0039] 下面對于上述的結(jié)構(gòu)進行驗算，以進一步說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
[0040] 類似于類蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的分析，基于夾芯層的微觀結(jié)構(gòu)和整個夾芯層宏觀結(jié)構(gòu)的 力學性能，建立一個均質(zhì)的正交異型層，與原有夾芯結(jié)構(gòu)具有等同力學性能的模型，稱之為 夾芯結(jié)構(gòu)力學等效模型。本文夾層結(jié)構(gòu)等效模型如圖2所示。等效模型能從總體上同時反映 夾芯結(jié)構(gòu)的微觀性能和宏觀性能，能更好的對其進行研究。
[0041] 模型使用的前提條件是確定夾芯結(jié)構(gòu)力學等效模型的彈性常數(shù)，因此Gibson提出 了經(jīng)典的胞元理論。目前，有關蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的等效彈性常數(shù)的研究工作絕大部分是在胞 元理論的基礎上展開的。為了便于與常用的夾芯層結(jié)構(gòu)進行比較，本文在已有研究的基礎 上，運用傳統(tǒng)的材料力學與彈性力學理論知識，對本文提出的改進類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的力學 等效模型進行分析與求解。本文的理論分析所用的改進類蜂窩夾芯層結(jié)構(gòu)為雙層膠接結(jié) 構(gòu)。為簡化分析過程，假設夾芯受力過程中膠接層不出現(xiàn)破壞，則分析中膠接的兩條豎直鈍 角邊，用厚度為2倍的一條豎直邊代替。從微觀力學的角度看，將改進類蜂窩夾芯層中的?' 型結(jié)構(gòu)或是能組成改進類蜂窩結(jié)構(gòu)的單元定義為細胞單元體，簡稱胞元。圖3、圖4是本發(fā)明 涉及的胞元，即本發(fā)明的最小力學計算單元，圖5是本發(fā)明涉及的構(gòu)建胞元，即本發(fā)明的最 小陣列胞元。
[0042]改進類蜂窩夾芯在X方向上的面內(nèi)等效彈性參數(shù)Ecx的推導 [0043]假設改進類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的等效模型處于的單向受力狀態(tài)，Px為受X向單向應力 時的X方向等效拉力，Μ為此時的彎矩，由力平衡條件得到：
[0045] Px=〇cxAx=〇cx(h+lsin0)b (2)
[0046] 壁板AB的撓度由兩力Px和彎矩Μ兩部分引起：
[0048] 壁板ΑΒ的軸向伸長量：
[0050]同理壁板BC由彎曲產(chǎn)生的撓度：
[0052]壁板BC的軸向伸長量：
[0054]由胡克定律改進類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)可得在X方向上的等效應變ecx為：
[0056]同理可以得到改進類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)在y方向上的等效應變ecy為：
[0058]根據(jù)泊松比的基本定義，可知改進類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)在X方向上的等效泊松比vcx為：
[0060] 其中 0 = h/l。
[0061] 根據(jù)彈性模量的基本定義，可知改進類蜂窩夾芯在X方向上的等效彈性模量Ecx為：
[0063]改進類蜂窩夾芯在Y方向上的面內(nèi)等效彈性參數(shù)Ecy的推導
[0064]假設等效后的等效模型材料內(nèi)在Y方向的正應力為〇cy，處于均勻的單向拉伸狀態(tài)， 則有：
[0066] Py = 〇cyAy = 〇Cyblcos0 (12)
[0067] 壁板AB由彎曲的產(chǎn)生的撓度：
[0069] 壁板AB的軸向伸長量：
[0071]同理壁板BC由彎曲產(chǎn)生的撓度：
[0073]壁板BC的軸向伸長量：
[0075]由胡克定律可得在X方向上的等效應變kx為：
[0077