[发明专利]一种类蜂窝夹层结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种夹层结构，特别是一种类蜂窝夹层结构。

背景技术

夹层结构具有重量轻、比强度和比刚度高、稳定性好等众多优点，在航空航天、汽车、船舶、机械等领域中有着极其重要的应用价值。目前正六边形蜂窝夹层结构是设计理论和制造技术最为成熟的和应用最广的夹层结构类型之一。但是从轻量化的角度而言，正六边形蜂窝夹层结构并不是是最优的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种类蜂窝夹层结构，可以在满足结构强度和刚性的前提下，重量更轻。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种类蜂窝夹层结构，该结构横截面的最小单元为，互相垂直且端点连接的第一直边和第二直边，斜边位于第一直边和第二直边之间夹角的顶角平分线上，斜边的端点与第一直边和第二直边连接在一起的端点连接；

进一步扩展的结构为，各个最小单元的各条直边与直边的自由端点之间连接，斜边与斜边的自由端点之间连接。

所述的斜边、第一直边和第二直边的长度相同。

本发明提供的一种类蜂窝夹层结构，可以在满足结构强度和刚性的前提下，使夹层的重量更轻，实现轻量化设计。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构组合的截面示意图。

图2为本发明结构的力学等效模型。

图3为本发明结构分解的示意图。

图4为本发明最小单元x、y方向上的单向拉伸受力结构示意图。

图5为正六边形蜂窝夹层板简图。

具体实施方式

如图1中，一种类蜂窝夹层结构，该结构横截面的最小单元为，互相垂直且端点连接的第一直边2和第二直边3，斜边1位于第一直边2和第二直边3之间夹角α的顶角平分线上，斜边1的端点与第一直边2和第二直边3连接在一起的端点连接；

进一步扩展的结构为，各个最小单元的各条直边与直边的自由端点之间连接，斜边与斜边的自由端点之间连接。

所述的斜边1、第一直边2和第二直边3的长度相同。

下面对于上述的结构进行验算，以进一步说明本发明结构的优点。

类似于正六边形的分析，基于夹芯层的微观结构和整个夹芯层宏观结构的力学性能，建立一个均质的正交异型层，与原有夹芯结构具有等同力学性能的模型，称之为夹芯结构力学等效模型。本文夹层结构等效模型如图2所示。等效模型能从总体上同时反映夹芯结构的微观性能和宏观性能，能更好的对其进行研究。

模型使用的前提条件是确定夹芯结构力学等效模型的弹性常数，因此Gibson提出了经典的胞元理论。目前，有关蜂窝夹芯结构的等效弹性常数的研究工作绝大部分是在胞元理论的基础上展开的。为了便于与常用的夹芯层结构进行比较，本文在已有研究的基础上，运用传统的材料力学理论知识，对本文提出的蜂窝夹芯结构的力学等效模型进行分析与求解。本文的理论分析所用的类蜂窝夹芯层结构为单层理想状态。从微观力学的角度看，将蜂窝夹芯层每个六边形或者方形或是能组成蜂窝结构的单元定义为细胞单元体，简称胞元。图3是本发明涉及的胞元，即本发明的最小单元。

如图3所示，h表示正方形边长(mm)，l表示正六边形短边(mm)，t表示胞元厚度(mm)，θ表示六边形短长边与水平方向的夹角(°)。

为了改进Gibson公式不能在工程中直接应用的问题，在推导等效弹性常数公式过程中，必须考虑蜂窝夹芯结构胞元壁板的伸缩变形。因此本发明采用Gibson求解夹芯力学参数的思路，使胞元模型处于单向受力状态（分别受到x方向或者y方向应力，如图4所示），推导对应于该状态的力学参数，该参数即为蜂窝夹芯等效为均质实心体的等效弹性常数。

一、夹芯在x方向上的等效弹性常数的推导

根据力的平衡条件得：

∑M_A=0（01）

-M-M+P_xsinθ=0（02）

P_x=δ_cxA_x=δ_cx(h+lsinθ)b（04）

其中：

M—胞元夹芯胞元节点弯矩，N·m；

P_x—夹芯胞元节点外力，N；

A_x—夹芯胞元x向受力截面积，m²；

b—夹芯胞元壁板高度，m。

根据材料力学梁弯曲理论，可知壁板AB的挠度为：