[发明专利]一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构

说明书

本发明提供了一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构，包括多组胞元结构，各组胞元结构依次排列连接组成类蜂窝夹芯结构，所述胞元结构包括六边形胞元件，在六边形内依次排列设有多圈圆形胞元件，由圆形胞元件分别向外延伸出多条胞元筋。

技术领域

本发明涉及蜂窝夹芯结构领域，尤其是一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构。

背景技术

仿生学是一种广泛应用于工程领域的新兴学科。自然界中的生物在亿万年的自然进化中，为适应环境，逐渐形成了各类结构独特、功能各异的材料，能以其独特的力学性能很好地适应环境，满足其对功能的需求，这些材料被称为天然生物材料。天然生物材料组成成分并不复杂，往往只是由一些简单的元素组成，但这些材料构成的独特的层级结构，其整体功能的适应性是传统材料无法比拟的。

作为一种中小型蕨类植物，问荆草（图9）植株离地面距离很近，在自然环境下，会经常受到一些大型动物的踩踏，但其茎秆所具有的的独特结构（图10）提高了植株的抗压性，使其具有一定的强度用以抵抗外界载荷。同时，这种类多胞结构也为植株降低了密度及质量，在极端恶劣天气下，如台风等来临时可以随风向摇摆，不至于轻易折断，是一种很好的轻质抗压结构。

甲虫（图11）作为一种小型昆虫，其鞘翅质量很轻，但是可以抵御一定的外力冲击而不至于损伤甲虫身体。对鞘翅进行深入研究，可以观察到甲虫鞘翅的微观结构（图12、13）中有许多中空微型圆柱补充在甲虫鞘翅的结构中。

从问荆草的茎秤以及甲虫鞘翅两种生物结构中，均可以观察到中空微型圆柱与外接肋板的组合结构，将这种组成结构提炼出来，得到仿生微圆结构，并将微圆结构应用于类蜂窝夹芯结构之中。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种胞内递进式层级类蜂窝夹芯结构，其特征在于：包括多组胞元结构，各组胞元结构依次排列连接组成类蜂窝夹芯结构，所述胞元结构包括六边形胞元件，在六边形胞元内依次排列设有多圈圆形胞元件，由圆形胞元件分别向外延伸出多条胞元筋，多条所述胞元筋的另一端与六边形胞元件的内顶角相连。

零级胞元为正六边形。

一级胞元为零级形胞元内设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d₁=2d₂；

式中：d₁为零级形胞元的边长；d₂为一级胞元筋长。

二级胞元为一级胞元内再设有一个圆形胞元，并满足尺寸关系：d₁=2d₂=4d₃；

式中：d₁为零级形胞元的边长；d₂为一级胞元筋长；d₃为二级胞元筋长。

所述胞元结构有n级，n=2，3，4…，且每级的胞元筋长度满足d_n/d _(n-1) =1/2。

胞元结构的壁厚都相等。

本发明有如下有益效果：

本发明以天然材料的层级结构为原型，采用优越的层级结构性能，其局部破坏不会引起整个结构的失效，不仅增强了结构稳定性，还将传统均质夹层结构转变为一种胞内递进式层级夹层结构，不仅保证了结构的整体相对密度，而且改善碰撞过程中的初始峰值应力和吸能效率。

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为本发明二级胞元层级结构尺寸示意图。

图2为本发明零级六胞元结构的主视结构示意图。

图3为本发明零级类蜂窝夹芯结构的主视结构示意图。