[发明专利]一种轻量化FRP-八面体点阵组合防护结构及其设计方法

说明书

本发明涉及一种轻量化FRP‑八面体点阵组合防护结构及其设计方法，防护结构包括FRP面层，其包括FRP上面板和FRP下面板，在FRP上面板和FRP下面板之间夹设八面体点阵芯层；点阵芯层内部中空，具有良好的变形吸能效果，其中八面体点阵结构以拉伸变形为主导，承受变形能力更大，吸能效果更优，且其有三个互相垂直的对称平面，具有三维各向同性的特点，通过设计正交试验，借助有限元分析软件，可对FRP‑八面体点阵组合防护结构进行优化设计，在满足防护等级的基础上减轻结构质量，充分发挥其轻量化的优势；本发明能弥补传统防护体系笨重，体积大的缺点，方便运输和构建，防护性能有所提高，在军事防护和民用建筑方面都具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种轻量化FRP-八面体点阵组合防护结构及其设计方法，属于复合材料领域的一种防护结构。

背景技术

为抵挡战争中的子弹射击，流弹冲击，常常需要修筑防御工事来保护作战人员的生命安全，现有的钢筋混凝土式防护体系自重大，构筑和搬运不便，机动性差，无法应对战场上多变的情况，且混凝土性能易受温度变化的影响；填土式的防护体系依赖作战区域的土地资源，应用范围受限，因此亟需一种新型防护结构的出现，在满足防护等级的基础上同时具有轻量化的特点。

发明内容

本发明提供一种轻量化FRP-八面体点阵组合防护结构及其设计方法，解决了背景技术中现有防护体系笨重，机动性差以及依赖地理环境等缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种轻量化FRP-八面体点阵组合防护结构，包括FRP面层，其包括FRP上面板和FRP下面板，在FRP上面板和FRP下面板之间夹设八面体点阵芯层；

作为本发明的进一步优选，所述的八面体点阵芯层包括若干个八面体芯体，且若干个八面体芯体并列排布在FRP上面板和FRP下面板之间，每个八面体芯体的顶端、底端分别与FRP上面板、FRP下面板接触形成节点；

作为本发明的进一步优选，所述的八面体芯体包括八根杆件，每四根杆件构成一个锥形状结构，两个锥形状结构的底面贴合，每个锥形状结构的锥顶分别与相邻的FRP上面板或者FRP下面板贴合；

作为本发明的进一步优选，所述杆件的横截面为方形，方形的边长范围为1mm-5mm；

作为本发明的进一步优选，每个八面体芯体的顶端至底端的距离即高度范围为10mm-60mm；

八面体芯体内杆件与锥形状结构底面夹角范围为35°-60°；

作为本发明的进一步优选，所述杆体采用铝合金制作；

作为本发明的进一步优选，所述的FRP上面板和FRP下面板均采用超高分子量聚乙烯纤维经过高温轧制形成层合板；

作为本发明的进一步优选，所述的FRP上面板和FRP下面板的厚度范围均在10mm-30mm；

作为本发明的进一步优选，在FRP上面板或者FRP下面板朝向外部的一侧均喷涂聚脲涂层；

一种基于任一所述轻量化FRP-八面体点阵组合防护结构的设计方法，具体包括以下步骤：

第一步，在有限元软件中建立防护结构的模型；

第二步，对建立的防护结构模型进行正交试验，根据因素水平和考察指标建立正交试验表，采用极差分析法，确定因素水平的最优参数组合；

第三步，根据获取的最优参数组合制备FRP上面板、FRP下面板以及八面体点阵芯层；其中，八面体点阵芯层内的八面体芯体制作步骤为：

第31步，采用电火花切割法在铝合金薄板上切割出八面体芯体的桁架平面以及中间面片，

第32步，在中间面片与桁架平面固结的位置切割形成槽口，

第33步，将切割完毕的桁架平面依次十字扣合在中间面片的槽口内，形成八面体芯体；