一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)，涉及飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，包括兩層面板以及位于兩層面板之間的梁式矩陣結(jié)構(gòu)，梁式矩陣結(jié)構(gòu)由多個(gè)相互連接的單胞組成，每個(gè)單胞由多個(gè)等長(zhǎng)的豎直桿結(jié)構(gòu)、多個(gè)等長(zhǎng)的斜桿結(jié)構(gòu)以及多個(gè)等長(zhǎng)水平桿結(jié)構(gòu)連接構(gòu)成；每?jī)蓚€(gè)相鄰的單胞之間通過(guò)共用兩相鄰豎直桿結(jié)構(gòu)以及兩斜桿結(jié)構(gòu)完成周期性連接。本實(shí)用新型提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的單胞能承受力均勻，在承載方向上進(jìn)行疊加，可承受各個(gè)方向的載荷，具有較強(qiáng)的承載能力和力學(xué)可設(shè)計(jì)性；穩(wěn)定性較好，不易變形，因此配合異形面板，具有良好的適應(yīng)性，而不損失其力學(xué)特性。
【專利說(shuō)明】
一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 類桁架夾層結(jié)構(gòu)一般由上下兩層面板和中間的梁式矩陣結(jié)構(gòu)組成，上下兩層面板 起到分散載荷的作用，主要載荷由中間的梁式矩陣結(jié)構(gòu)承受。梁式矩陣結(jié)構(gòu)的單胞是一種 由直桿組成的具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)，主要由桿件承受軸向拉力或者壓力，從 而充分利用材料的強(qiáng)度，起到節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度的作用。
[0003] 類桁架夾層結(jié)構(gòu)一般承受垂直于面板的載荷效率較高，然而缺點(diǎn)也很明顯。當(dāng)施 加不垂直于面板的載荷，或者施加不均勻的載荷，局部桿件承受較大載荷，會(huì)導(dǎo)致局部桿件 不承載，另一部分桿件總體失穩(wěn)，從而大大損傷類桁架夾層結(jié)構(gòu)的整體承載能力。
[0004]隨著3D打印技術(shù)日益完善，類桁架夾層結(jié)構(gòu)作為一種多功能一體化輕質(zhì)結(jié)構(gòu)具有 優(yōu)良的面內(nèi)、面外力學(xué)性能、良好的導(dǎo)熱散熱性能和較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，近年來(lái)受到了廣泛關(guān) 注。而何種類桁架拓?fù)洳贾梅桨缸钸m合何種多功能設(shè)計(jì)的具體要求成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0005] 現(xiàn)在亟需解決的技術(shù)問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù) 中存在的技術(shù)上的缺陷。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、具 有優(yōu)良的面內(nèi)、面外力學(xué)性能、良好的導(dǎo)熱散熱性能和較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性的類桁架夾層結(jié)構(gòu)。
[0007] 本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)，類桁架夾層結(jié) 構(gòu)包括兩層面板以及位于兩層面板之間的梁式矩陣結(jié)構(gòu)，梁式矩陣結(jié)構(gòu)由多個(gè)相互連接的 單胞組成;每個(gè)單胞由多個(gè)等長(zhǎng)的豎直桿結(jié)構(gòu)、多個(gè)等長(zhǎng)的斜桿結(jié)構(gòu)以及多個(gè)等長(zhǎng)水平桿 結(jié)構(gòu)連接構(gòu)成;每個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)的一端處于同一矩形面的邊的交點(diǎn)上，且垂直于該矩形面； 每個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)的兩端連接周向相鄰的兩個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)異于同一平面上的兩端點(diǎn)，形成斜桿 結(jié)構(gòu)交點(diǎn)；水平桿結(jié)構(gòu)連接同一單胞內(nèi)對(duì)立的兩斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)；每?jī)蓚€(gè)單胞之間通過(guò)共用 兩相鄰豎直桿結(jié)構(gòu)以及兩斜桿結(jié)構(gòu)完成周期性連接。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，本技術(shù)方案中 的矩形可為正方形，每個(gè)豎桿結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度可與該正方形的邊長(zhǎng)相等。
[0008] 上述方案中優(yōu)選的是，構(gòu)成梁式矩陣結(jié)構(gòu)的單胞的尺寸相等，保障多個(gè)單胞結(jié)構(gòu) 形成梁式矩陣結(jié)構(gòu)過(guò)程中的排布的方便、準(zhǔn)確。
[0009] 上述任一方案中優(yōu)選的是，梁式矩陣結(jié)構(gòu)的兩個(gè)單胞共用兩個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)、兩個(gè) 斜桿結(jié)構(gòu)以及一個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)。用于直線型梁式矩陣結(jié)構(gòu)的兩個(gè)單胞結(jié)構(gòu)之間的連接。 [0010]上述任一方案中優(yōu)選的是，梁式矩陣結(jié)構(gòu)的三個(gè)單胞共用一個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)。用于 折線型梁式矩陣結(jié)構(gòu)的三個(gè)單胞結(jié)構(gòu)之間的連接，包括上述技術(shù)方案中直線型梁式矩陣結(jié) 構(gòu)的兩個(gè)單胞結(jié)構(gòu)之間的連接。
[0011]上述任一方案中優(yōu)選的是，梁式矩陣結(jié)構(gòu)的四個(gè)單胞共用一個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)。用于 片式型梁式矩陣結(jié)構(gòu)的四個(gè)個(gè)單胞結(jié)構(gòu)之間的連接，其中包括上述方案中所涉及的直線型 梁式矩陣結(jié)構(gòu)的兩個(gè)單胞結(jié)構(gòu)之間的連接、折線型梁式矩陣結(jié)構(gòu)的三個(gè)單胞結(jié)構(gòu)之間的連 接。
[0012] 上述任一方案中優(yōu)選的是，上述單胞以增材制造技術(shù)制造而成。
[0013] 本實(shí)用新型所提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的有益效果在于，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，裝置 穩(wěn)定性高，安全可靠，為多功能類桁架夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了備選方案，尤其適用于承受面 外法向壓縮載荷的情況，單胞能承受的力都是均勻的，因此在承載方向上進(jìn)行疊加，可承受 各個(gè)方向的載荷，具有較強(qiáng)的承載能力和力學(xué)可設(shè)計(jì)性;穩(wěn)定性較好，不容易變形，因此配 合異形面板，具有良好的適應(yīng)性，而不損失其力學(xué)特性。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是按照本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，梁 式矩陣結(jié)構(gòu)中單胞的數(shù)量為兩個(gè)；
[0015] 圖2是按照本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的圖1所示實(shí)施例單胞的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3是按照本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的圖1所示實(shí)施例單胞的結(jié)構(gòu)俯視示意 圖；
[0017] 圖4是按照本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的圖1所示實(shí)施例單胞的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意 圖；
[0018] 圖5是按照本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)的圖1所示實(shí)施例梁式矩陣結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 示意圖，其中單胞的數(shù)量為4個(gè)。
[0019] 附圖標(biāo)記：
[0020] 1-梁式矩陣結(jié)構(gòu)、2-單胞、3-豎直桿結(jié)構(gòu)、4-斜桿結(jié)構(gòu)、5-水平桿結(jié)構(gòu)、6-面板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型 實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí) 施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例 是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制?；诒緦?shí)用新 型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 [0022]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指 的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用 新型保護(hù)范圍的限制。
[0023]如圖1-5所示，本實(shí)用新型提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)，包括兩層面板6以及位于兩層 面板之間的梁式矩陣結(jié)構(gòu)1，梁式矩陣結(jié)構(gòu)1由多個(gè)相互連接的單胞2組成;每個(gè)單胞2由多 個(gè)等長(zhǎng)的豎直桿結(jié)構(gòu)3、多個(gè)等長(zhǎng)的斜桿結(jié)構(gòu)4以及多個(gè)等長(zhǎng)水平桿結(jié)構(gòu)5連接構(gòu)成;每個(gè)豎 直桿結(jié)構(gòu)3的一端處于同一矩形面的邊的交點(diǎn)上，且垂直于該矩形面;每個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)4的兩 端連接周向相鄰的兩個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)3異于同一平面上的兩端點(diǎn)，形成斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)；水平桿 結(jié)構(gòu)5連接同一所述單胞2內(nèi)對(duì)立的兩所述斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)；每?jī)蓚€(gè)所述單胞2之間通過(guò)共用 兩相鄰豎直桿結(jié)構(gòu)3以及兩斜桿結(jié)構(gòu)4完成周期性連接。
[0024] 上述本實(shí)用新型提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成梁式矩陣結(jié)構(gòu)1的單胞2的尺寸相 等。在直線型梁式矩陣結(jié)構(gòu)1中，兩個(gè)單胞2共用兩個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)3、兩個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)4以及一個(gè) 斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)。在折線形的梁式矩陣結(jié)構(gòu)1中，三個(gè)單胞2共用一個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)3。在片式梁 式矩陣結(jié)構(gòu)1中，四個(gè)單胞2共用一個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)3。
[0025] 在具體生產(chǎn)和使用本實(shí)用新型提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)過(guò)程中，通過(guò)沿豎向、橫向、 斜向交錯(cuò)布置空間桿結(jié)構(gòu)構(gòu)建成單胞2,將單胞2實(shí)現(xiàn)空間周期性排布，并與梁式矩陣結(jié)構(gòu)1 的上、下面板6-起組成類桁架夾層結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際限制約束條件通過(guò)計(jì)算分析可獲得滿足 使用要求的最優(yōu)尺寸的類桁架夾層結(jié)構(gòu)。
[0026] 以下通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本實(shí)用新型提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。將類桁 架夾層結(jié)構(gòu)的單胞2的尺寸設(shè)計(jì)為:豎直桿結(jié)構(gòu)3的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，相鄰兩豎桿結(jié)構(gòu)之間的間距 (即水平桿結(jié)構(gòu)5)的長(zhǎng)度為L(zhǎng) 2，豎桿結(jié)構(gòu)3的直徑為D1，斜桿結(jié)構(gòu)4的直徑為D 2，水平桿結(jié)構(gòu)5 的直徑為D3，水平桿結(jié)構(gòu)5的兩端點(diǎn)為斜桿結(jié)構(gòu)4的交點(diǎn)（同時(shí)為斜桿結(jié)構(gòu)4的中心）。表1為 對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0027] 表 1
[0029]采用相同材料時(shí)利用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的類桁架夾層結(jié)構(gòu)與同種材料制成的 Kagome布局的夾層板進(jìn)行平壓算例比對(duì)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在承擔(dān)相同平壓載荷lN/mm2時(shí)， 本實(shí)用新型提供的類桁架夾層結(jié)構(gòu)承載能力在密度相對(duì)偏小的情況下承載能力較常見(jiàn) Kagome布局的夾層板高約55 %。
[0030]以上結(jié)合本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例做了詳細(xì)描述，但并非是對(duì)本 實(shí)用新型的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改均屬 于本實(shí)用新型的技術(shù)范圍，還需要說(shuō)明的是，按照本實(shí)用新型的類桁架夾層結(jié)構(gòu)技術(shù)方案 的范疇包括上述各部分之間的任意組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種類桁架夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述類桁架夾層結(jié)構(gòu)包括兩層面板(6)以及位于 兩層面板之間的梁式矩陣結(jié)構(gòu)（1)，所述梁式矩陣結(jié)構(gòu)（1)由多個(gè)相互連接的單胞(2)組成； 每個(gè)單胞(2)由多個(gè)等長(zhǎng)的豎直桿結(jié)構(gòu)（3)、多個(gè)等長(zhǎng)的斜桿結(jié)構(gòu)(4)以及多個(gè)等長(zhǎng)水 平桿結(jié)構(gòu)(5)連接構(gòu)成； 每個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)(3)的一端處于同一矩形面的邊的交點(diǎn)上，且垂直于該矩形面； 每個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)(4)的兩端連接周向相鄰的兩個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)（3)異于同一平面上的兩端 點(diǎn)，形成斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)； 水平桿結(jié)構(gòu)(5)連接同一所述單胞(2)內(nèi)對(duì)立的兩所述斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)； 每?jī)蓚€(gè)所述單胞(2)之間通過(guò)共用兩相鄰所述豎直桿結(jié)構(gòu)(3)以及兩斜桿結(jié)構(gòu)(4)完成 周期性連接。2. 如權(quán)利要求1所述的類桁架夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于：構(gòu)成所述梁式矩陣結(jié)構(gòu)（1)的所 述單胞(2)的尺寸相等。3. 如權(quán)利要求2所述的類桁架夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述梁式矩陣結(jié)構(gòu)（1)的兩個(gè)所 述單胞(2)共用兩個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)(3)、兩個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)(4)以及一個(gè)斜桿結(jié)構(gòu)交點(diǎn)。4. 如權(quán)利要求2所述的類桁架夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述梁式矩陣結(jié)構(gòu)（1)的三個(gè)所 述單胞(2)共用一個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)(3)。5. 如權(quán)利要求2所述的類桁架夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述梁式矩陣結(jié)構(gòu)（1)的四個(gè)所 述單胞(2)共用一個(gè)豎直桿結(jié)構(gòu)(3)。6. 如權(quán)利要求1所述的類桁架夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單胞(2)以增材制造技術(shù)制 造而成。
【文檔編號(hào)】B32B3/12GK205416531SQ201521027583
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日
【發(fā)明人】畢金英, 肖山, 戚巖
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所