[发明专利]一种四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳及其制备方法

说明书

本发明公开了一种四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳及其制备方法，四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构包括四方蜂窝芯体，四方蜂窝芯体为环形金属四方蜂窝结构，设置在内、外金属圆筒之间。本发明实现了焊接四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构的制备，相较于传统单层圆柱壳，四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳具有更高的强度和能量吸收效率，且可以有效地减轻结构质量，在航天航空、交通运输、防护等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于夹芯圆柱壳设计制备技术领域，具体涉及一种四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳及其制备方法。

背景技术

壳体结构，包括单层、加筋和夹层圆柱壳，由于其高比吸能、高容积率及优良的力学性能，被广泛应用于航空航天、化工、交通运输等诸多民用和国防重要工业领域。

目前研究表明，在代表大多数工程应用的一系列载荷指数中，夹层圆柱壳是抗屈曲性能最为突出的构件。其中，点阵芯体夹层圆柱壳在承受轴向载荷时，通过限制点阵芯体的屈曲，拥有比单层圆柱壳和加筋圆柱壳更优异的刚度和强度。

点阵结构是一种有序多孔超轻质结构材料，其特点是细观构型均为二维格栅或三维桁架结构体系。这样的设计节省了大量的质量，提高了比刚度和比强度，在同等重量下点阵结构材料比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能。二维格栅，特别是四方蜂窝结构，其为均匀等格栅，宏观各向同性结构。四方蜂结构具有突出的抗压刚度和抗弯刚度，其稳定性好，不易变形，在所有的缓冲材料中具有优异的单位体积能量吸收值，且制备工艺简单。

因此，设计并制备一种新型的四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构，使其提升轴向和径向抗冲击性能和吸能效率并实现轻量化设计有着非常重要的现实意义和需求。

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，提供一种四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳及其制备方法，通过将四方蜂窝点阵夹芯结构引入圆柱壳的制备当中，利用焊接技术提高各部分之间界面的连接强度，实现提高复合结构整体的承载和吸能性能的目的。

本发明采用以下技术方案：

四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳，包括四方蜂窝芯体，四方蜂窝芯体包括矩形结构的第一金属板条和环形结构的第二金属板条，若干第一金属板条和若干第二金属板条相互垂直插接构成环形结构的四方蜂窝芯体，第一金属板条和第二金属板条之间构成若干四方形结构的蜂窝单胞，蜂窝单胞的几何形状相同，沿环向和纵向均匀分布，四方蜂窝芯体设置在内圆筒和外圆筒之间构成四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构。

具体的，第一金属板条和第二金属板条上均间隔设置有多个用于插接的槽。

进一步的，槽的宽度为0.2～2mm，高度为第一金属板条和第二金属板条宽度的0.5倍。

具体的，第一金属板条和第二金属板条的厚度为0.2～2mm。

本发明的另一个技术方案是，一种四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将金属板制成内圆筒和外圆筒，然后对内圆筒和外圆筒进行清洗，烘干备用，金属板为碳钢钢板、不锈钢钢板、铝板、铝合金板或钛合金板中的一种；

S2、将平整过的金属板切割成若干矩形金属板条和环形金属板条，然后对矩形金属板和环形金属板条进行清洗，烘干备用；

S3、在步骤S2制备的矩形金属板条和环形金属板条上切割出一系列等间距的槽，然后利用嵌锁工艺，将带有槽的矩形金属板条和环形金属板条相互垂直插接组装在一起形成四方蜂窝芯体；