[发明专利]三维可展曲面自适应点阵结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维可展曲面自适应点阵结构及其制备方法，首次释放了点阵夹芯胞元间转动自由度。所述三维可展曲面自适应点阵结构包括至少一列胞元链，所述胞元链包括多个胞元，相邻的两个胞元之间相互铰接，所述胞元为镂空的八面体点阵构型或者镂空的金字塔点阵构型；在所述胞元链的列数不小于两列的情形下，相邻的两个所述胞元链之间为平行设置，并且所述相邻的两个所述胞元链之间相互铰接。这种新型嵌锁‑铰接方法实现了点阵夹芯三维可展曲面随形自适应，利用铰接部分的转动，解决了现有技术中点阵夹层结构存在的装配后面芯不匹配力学性能下降和尺寸效应带来的问题。

技术领域

本发明涉及点阵结构，具体涉及三维可展曲面自适应点阵结构及其制备方法。

背景技术

点阵夹层结构集多种优异性能于一身，已经在火箭支撑仓、卫星承力筒和适配器、深海潜艇耐压仓等重大结构上投入了使用。点阵夹芯的基本单元拓扑构型的多样性、母材的性能、相对密度以及可能对最终结构性能产生影响的各种复杂因素都对制备工艺提出挑战。

传统制备工艺需要根据率先确定的包覆内外壳体结构形状来设计和固定夹芯的形状，成型时可能会因为微小的生产误差、装配误差以及缺陷等导致面芯连接不良，从而引起点阵夹层结构力学性能的下降。同时随着点阵夹层结构特征长度的增加，尺寸效应带来的新的困难也会大大增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维可展曲面自适应点阵结构及其制备方法，首次释放了点阵夹芯胞元间转动自由度，实现了点阵夹芯三维可展曲面随形自适应，以解决现有技术中点阵夹层结构存在的装配后力学性能下降和尺寸效应带来的问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

本发明提供了一种三维可展曲面自适应点阵结构，所述三维可展曲面自适应点阵结构包括至少一列胞元链，所述胞元链包括多个胞元，通过释放胞元间转动自由度，相邻的两个胞元之间相互铰接，同一所述胞元链的首尾之间能够铰接成环，所述胞元为镂空的八面体点阵构型或者镂空的金字塔点阵构型；

在所述胞元链的列数不小于两列的情形下，相邻的两个所述胞元链之间为平行设置，并且所述相邻的两个所述胞元链之间相互铰接。

优选地，所述八面体点阵构型是由八根杆件组成的八面体结构；

在所述三维可展曲面自适应点阵结构为一列胞元链的情形下，所述八面体点阵构型的两个尖端处设置有第一铰接点以用于铰接，两个所述第一铰接点位于同一对称轴上；

在所述胞元链的列数不小于两列的情形下，所述八面体点阵构型的四个尖端处设置有第一铰接点以用于铰接，四个所述第一铰接点位于同一平面上；其中位于一条对称轴上的两个所述第一铰接点用于铰接同一所述胞元链上的相邻的所述胞元，位于另一条对称轴上的两个所述第一铰接点分别用于铰接相邻胞元链上的所述胞元。

优选地，所述胞元为八面体点阵构型，相邻胞元间的最大转动角度为180°。

优选地，所述金字塔点阵构型是由四根杆件组成的金字塔结构，形成有一个尖端和一个四边形的底面；

在所述三维可展曲面自适应点阵结构为一列胞元链的情形下，其中两个所述杆件上均设置有第二铰接点，两个所述第二铰接点位于所述底面的对角线上；

在所述胞元链的列数不小于两列的情形下，四个所述杆件上均设置有第二铰接点，四个所述第二铰接点分别位于所述底面的四个顶点处。

优选地，所述胞元的金字塔点阵构型，相邻胞元间的最大转动角度为270°。

优选地，所述铰接为嵌锁-铰接，所述嵌锁-铰接包括异线型铰接，所述异线型铰接中同一铰接处的两个相邻的所述杆件的轴线在平面内投影不共线。