[发明专利]一种用于航天着陆器轻质承载结构的二维叠加波纹梯度夹层结构

说明书

本发明公开了一种用于航天着陆器轻质承载结构的二维叠加波纹梯度夹层结构，包括上面板、下面板以及位于上面板和下面板之间的夹芯，夹芯包括高度梯度分布的二维叠加波纹结构层；所述二维叠加波纹结构层沿x向和y向具有相同的波纹构型。本发明的二维叠加波纹梯度夹层结构，大幅提高了结构稳定性，比强度，比能量吸收性能，隔热/防热等性能。通过金属3D打印方法成形的夹层结构具有较高的尺寸精度，良好的成形性，二维叠加波纹结构层与层之间，层与上下两板之间的连接性得到极大提高。

技术领域

本发明涉及金属夹层结构，特别是涉及一种二维叠加波纹梯度夹层结构。

背景技术

航天着陆器的承载结构为着陆器提供支撑骨架和外形，起到承载和传递载荷的作用。在航天着陆器再入地球大气层或目标星体大气层过程中，其承载结构材料需要承受巨大的热应力、冲击、振动等载荷。

现有的航天着陆器承载结构通常采用金属蜂窝夹层结构，然而随着航空航天领域的快速发展，对结构材料的要求越来越高，现有的金属蜂窝夹层结构不能满足性能要求。金属波纹夹层结构具有轻质，高比强度，高比能量吸收等优势被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域的减振抗冲击吸能构件，同时波纹夹层结构还具有减缓热应力、隔热/防热的作用。然而现有的波纹夹层结构，在采用多层夹层结构提升比强度、比能量吸收性能的同时，难以保证结构的稳定性，在受载情况下容易发生大面积屈曲，结构不稳定，进而降低了结构的综合性能；并且，夹层结构的连接处在受载过程中容易产生失效。

发明内容

发明目的：为解决现有金属波纹夹层结构容易产生大面积屈曲，结构不稳定，力学性能差，及夹心与上下两板连接性差等问题，本发明提供了一种二维叠加波纹梯度夹层结构，具有优异的减振抗冲击、高比能量吸收性能，同时具有消散热应力、隔热/防热功能，大幅提高波纹夹层结构的综合性能。

技术方案：本发明的用于航天着陆器轻质承载结构的二维叠加波纹梯度夹层结构，包括上面板、下面板以及位于上面板和下面板之间的夹芯，夹芯包括依次堆叠的若干二维叠加波纹结构层。

其中，每层波纹结构层的厚度均相同，且波纹结构层的厚度与上面板、下面板的厚度相同。即：上面板的厚度、下面板的厚度以及每层波纹结构层的厚度均相同。

优选地，沿z向相邻的上下两层波纹结构层的波峰和波谷相对应连接，位于顶层的波纹结构层的波峰与上面板相连，底层波纹结构层的波谷与下面板相连。

可选的，每层二维叠加波纹层厚度相同，每两层二维叠加波纹层之间连接处厚度重合，形成面-面连接；位于顶层的二维叠加波纹层与上面板有二分之一的厚度重合，形成面-面连接；位于底层的二维叠加波纹层与下面板有二分之一厚度重合，形成面-面连接，提高连接强度及稳定性。其中，厚度重合指的是厚度重合在一起的相互连接。

优选地，所述波纹结构层为二维叠加波纹结构层，其沿x向和y向具有相同的叠加波构型，由x方向的叠加波沿着y方向的叠加波扫掠而成。

其中，x向和y向的叠加波构型由两条振幅相同波长不同的余弦或正弦曲线叠加而成。

余弦曲线方程为：

其中，A_i为余弦曲线的振幅，λ_1i为一级余弦曲线的波长，λ_2i为二级余弦曲线的波长，λ_1i与λ_2i的比值为m，m为大于等于3的奇数，m越大，二阶波谷/波峰越多，有利于应力的均匀化分布及能量吸收性能的提升；i的取值为1～n，n为二维叠加波纹层的总层数；且m和n均为正整数。

正弦曲线方程为：

优选地，波纹结构层的高度沿z向从上至下呈梯度G分布；即为高度梯度分布的二维叠加波纹结构层。