[发明专利]一种方形蜂窝夹层结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于夹层结构设计及制备领域，具体涉及一种方形蜂窝夹层结构及其制备方法。

背景技术

蜂窝点阵结构作为一种二维周期多孔结构，在国内外均已有所研究。其中方形蜂窝点阵结构具有较为理想压缩和剪切性能，相对于波纹、三维杆件等点阵结构具有明显承载优势；同时在爆炸冲击载荷作用下，方形蜂窝夹层结构也表现出较为显著的性能优势。尽管方形蜂窝夹层结构在现有的多孔材料/结构体系中具有最优承载能力，但其胞元结构的封闭性制约了其多功能化应用。同时，在大型钢结构的加工和制备中，氩弧焊无法在方形蜂窝夹层结构的封闭胞元中开展。此外，在潮湿环境下钢结构容易发生锈蚀，而方形蜂窝夹层结构中封闭的胞元结构不利于实施维修和防护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种单侧面板开方孔的方形蜂窝夹层结构，集承载、抗冲击、多功能应用一体，在大型钢结构的加工和制备中焊接工艺成熟，克服复杂环境中内部结构锈蚀问题。

本发明采用以下技术方案：

一种方形蜂窝夹层结构制备方法，包括以下步骤：

S1、将平整过的金属板切割成若干矩形金属板条，然后在所述矩形金属板条宽度方向上开设若干插槽；

S2、将步骤S1制备的多个所述金属板条拼装成方形蜂窝结构，采用焊接方式制成蜂窝芯体；

S3、将平整过的金属板切割成若干矩形金属板，制备成前侧面板和后侧面板，根据步骤S2制备的所述蜂窝芯体中胞元位置确定所述后侧面板中开孔的位置，在所述后侧面板上开方孔；

S4、将步骤S2制备的所述方形蜂窝芯体和步骤S3制备的所述前侧面板和后侧面板焊接制成单侧面板开方孔的方形蜂窝夹层结构。

优选的，步骤S1中，所述金属板条的厚度为0.5～5mm，每个所述金属板条的宽度方向均开有若干插槽，所述插槽的深度为所述矩形金属板条宽度的一半，所述插槽的宽度大于所述金属板条厚度的0.05～0.2mm。

优选的，步骤S3中，所述前侧面板和后侧面板的厚度为0.5～10mm。

优选的，步骤S2和S4中，先分别对所述金属板条、前侧面板和后侧面板进行清洗去除表面的油污和锈迹，然后在40～50℃烘箱中烘干备用。

优选的，所述金属板的材质包括碳钢、不锈钢、铝合金、镁合金和钛合金。

优选的，所述焊接采用钎焊或氩弧焊方式，所述钎焊的真空度为10^-2Pa，以1℃/min速度自室温升温至900℃，保温10～60min。

一种方形蜂窝夹层结构，包括前侧面板和后侧面板，所述前侧面板和后侧面板之间设置有若干金属板条，若干所述金属板条相互垂直成点阵结构构成方形的蜂窝芯体，所述蜂窝芯体的每个窝巢组成一个独立的单胞，所述后侧面板上对应每个所述单胞处均开有方孔。

优选的，所述后侧面板上开设的每个所述方孔的大小相同。

优选的，所述方孔的面积占所述后侧面板面积的0～50％。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明公开一种方形蜂窝夹层结构制备方法，利用嵌锁工艺制备方形蜂窝芯体，通过芯体中胞元位置，确定单侧面板中开孔的位置，所开方孔与方形蜂窝单胞的几何中心重合，采用钎焊或氩弧焊将芯体与前后两侧面板焊接成方形蜂窝夹层结构，制备得到集承载、抗冲击、多功能应用一体，在大型钢结构的加工和制备中焊接工艺成熟，克服复杂环境中内部结构锈蚀问题的改进型方形蜂窝夹层结构，该制备方法过程简单，工艺成熟，克服了传统蜂窝夹层结构胞元封闭性导致的焊接问题，便于批量生产。

进一步的，插槽深度为矩形金属板条宽度的一半，插槽宽度大于金属板条厚度的0.05～0.2mm，便于拼装且不影响结构构型的精度和稳定性。

本发明还公开一种方形蜂窝夹层结构，由前侧面板、蜂窝芯体和后侧面板组成，在后侧面板上对应蜂窝芯体的单胞开设若干方孔，相较于传统方形蜂窝夹层结构，单侧面板开方孔的方形蜂窝夹层在保证结构承载、抗冲击优势不变甚至提升的同时，通过在单侧面板开方孔，克服了封闭胞元结构对传统方形蜂窝夹层结构在实际应用中的制约。

进一步的，前后侧面板的分离使其能承受更多拉压力，提高了抗弯刚度，而蜂窝芯体主要承受剪力，提高了结构抗剪能力，所开设方孔在保证结构承载、抗冲击优势不变的同时改善了制备工艺。

进一步的，根据现有实验结果，在方孔面积占后侧面板面积0～50％时该结构相对于传统传统方形蜂窝夹层结构承载能力均有所提升。