[发明专利]金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构功能材料技术领域，特别是一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及其制备方法。

背景技术

自20世纪70年代以来，由于汽车工业的发展使得能量吸收结构和材料的研究越来越受到人们的重视，乘员生命价值的提高使得人们比以往任何时候都更加重视对吸能结构和材料的研究。对于车辆、航天器等运动结构来说，在发生碰撞事故时能够吸收冲击能量并保护成员及贵重物品的安全是十分重要的。缓冲吸能元件可以通过结构的屈曲和断裂来减缓这些运动结构碰撞时的冲击载荷，耗散冲击能量，保护成员及贵重物品的安全。作为能量吸收元件应满足质量轻、比能量吸收高、载荷效率和缓冲效率高、成本低等优点。通常，能够作为吸能元件的结构很多，例如，薄壁金属圆管、复合材料管壳、金属或聚合物泡沫体及蜂窝结构等。这些吸能元件一般不作为附加结构独立存在，而是与其它结构整合在一起。正常工作时，可以起承载、装饰等作用；发生事故时，可以通过弹塑性变形和断裂等形式吸收冲击载荷、耗散大量的能量。目前，国内外很多学者对能量吸收结构进行了较为细致的研究。NASA Langley研究中心、Ford汽车公司、Universityof Michigan、University of Cambridge、University of Liverpool、Kyoto Institute of Technology以及French National Institute for Transportation and Safety Research等研究机构对复合材料薄壁管壳的吸能性能进行了详细的研究；文献《Cellular Solids：Structure and Properties》对各种胞状固体的吸能特性进行了理论和试验研究；文献《材料与结构的能量吸收-耐撞性·包装·安全防护》及《圆柱壳冲击动力学及耐撞性设计》等对复合材料管壳、金属薄壁壳体以及胞状材料的冲击吸能特性进行了大量的试验研究；这些文献中的研究内容涉及到缓冲吸能元件的材质及其性能、结构的形式种类、结构的优化设计、撞击吸能的基本原理、撞击过程的变形机制以及撞击过程数值模拟等问题，但大多数是以复合材料圆柱管壳、薄壁结构、铝合金泡沫等为主进行研究的。这些结构具有较高的比能量吸收性能，但也存在各自的缺点，如制造成本高、载荷效率及缓冲效率低、承载能力低、不能分级吸能以及界面结合薄弱等。一些专利文献虽然也述及了很多吸能结构和材料，但几乎没有直接利用蜂窝结构做吸能装置的，更未见有利用组合蜂窝结构做吸能装置的。本发明通过对金属蜂窝夹芯结构的参数及变形规律进行研究后提供一种组合吸能结构材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及其制备方法，作为交通运载工具的结构部件使用，在承载同时，起到碰撞缓冲吸能的作用。

本发明提供的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料包括下列部件：外壳、金属蜂窝夹芯体组合、隔板、金属钎料层，金属蜂窝夹芯体组合由1～4块金属蜂窝夹芯体组成，其中每个金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，每块金属蜂窝夹芯体之间有隔板，互相纵横交错组合，各部件通过金属钎料层钎焊连接在一起。

本发明所述的外壳包括端盖和壳体，外壳壳体为矩形断面管或圆管。

金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料的制备方法，该方法包含以下内容：

a.将金属板冷弯压制成半正六边形波纹板，再将半正六边形波纹板扣在一起，组成端面为蜂窝状的金属蜂窝夹芯体；

b.隔板选用冷轧金属薄板；

c.外壳由普通金属薄壁方管或圆管加金属薄板端盖制成；

d.利用常规酸或碱清洗液清洗金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝夹芯体；

e.将1～4块金属蜂窝夹芯体互相纵横交错组合，每块金属蜂窝夹芯体之间加金属隔板，将金属钎料层夹放在金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝夹芯体之间，并将组合的金属蜂窝夹芯体置于金属壳体内，两端用端盖封上，然后用夹具夹紧两端的金属端盖；

f.置于真空炉或气氛炉内，冷态抽真空到1×10^-1～1×10^-2Pa以上或充入Ar或N₂保护气体，加热到钎焊温度，保温20～50分钟进行钎焊，冷却后取出。

本发明与现有技术相比，其显著的优点在于：