一种含n型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本应用新型涉及一种夹芯板结构，尤其涉及一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，可广泛用于土木建筑结构领域。
【背景技术】
[0002]随着现代社会的进步与发展，人们对保护环境、保护资源、节约能源的意识逐渐增强，对建筑材料的经济性、节能性和多功能性的要求也日益提升。轻质高强、减振隔振的多功能建筑板材设计、开发和应用已成为众多研究人员关注的热点。传统的建筑材料主要有水泥、钢材和木材，这些材料不仅自重大，而且难以实现人们日益追求的建筑材料多功能的需求，新型建筑材料的研究与设计已经迫在眉睫。
[0003]近年来，一种含夹层的点阵夹芯板结构受到人们的广泛关注。桁架型夹芯板上面板和下面板中间的芯体是由结点和连接结点的杆件组成的网架体系，具有质量轻、高强度、高能量吸收等优良特性，是当前国际上认为最具发展前途的新一代超强韧轻质结构。工业与军事应用表明，与常用的金属结构相比，具有相同性能的点阵夹芯结构能够减重达70%。点阵结构轻质高强的特性可以满足航海、航空和航天领域的结构设计对于轻质的要求，在满足强度要求的同时有效减轻了结构的自重。
[0004]然而，当前的大部分含夹层点阵夹芯板对特定频率段的振动或波动的抑制问题缺乏针对性的设计。N型夹层点阵夹芯板是一种典型的周期结构，弹性波在其中传播时会形成能带结构，通过夹芯板几何参数的调节，可以使能带之间出现频率禁带。在频率禁带对应的频率范围内，振动将无法传播。
[0005]为解决现有技术存在的上述不足，提出了一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是为了克服现有结构难以同时满足轻质高强和减振隔振要求的不足，提供一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构。
[0007]为解决上述技术问题，实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，夹芯板是由一个单胞在平面方向阵列所得到的，单胞包括上下面板和中间的桁架型芯体，中间的芯体由8根圆形杆件组成，4根直杆起到支撑上下面板的作用，每两根直杆之间又增加了一根斜杆，对芯体起到一个加固的作用，芯体看似由4个N形构件组合而成。
[0008]所述夹芯板具有周期性，最小周期性单元称为单胞。
[0009]所述单胞的芯体由杆件组成，其中4根为直杆，4根为斜杆，杆件均为圆形截面，芯体呈桁架构型。
[0010]所述单胞的由8根杆件组成的桁架型芯体阵列地分布于上下面板之间。
[0011]所述芯体的斜杆与其连接的两根直杆在同一平面内，且该平面与夹芯板的两条边界平行，与另外两条边界垂直。
[0012]所述的夹芯板的面板和芯体的材料均为同种材料，芯体的宽度与最小周期尺寸之比在0.4到0.6之间；芯体的高度与最小周期尺寸之比在0.5到0.8之间；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必须小于芯体杆件的直径。
[0013]本实用新型还提供了前述的含桁架型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构的制作方法，包括以下步骤:
[0014]步骤I)，材料选择:钢材；
[0015]步骤2)，夹层制作:利用两根直杆和一根斜杆，通过焊接形成一个N型构件，再利用两根斜杆和一根直杆，通过焊接形成一个倒N型构件，将两个构件平行放置，通过两根斜杆将其连接起来就形成了一个单胞的芯体；
[0016]步骤3)，将芯体阵列于两块矩形钢板之间，并通过焊接的方式将面板和芯体连接起来。
[0017]还包括步骤4)，方法的适用性:针对不同结构禁带特性的要求，重复步骤I)-步骤3)，形成满足结构减振隔振特性要求的含桁架型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构。
[0018]本实用新型的有益效果是在满足结构轻质、高强要求的同时，获得了低频较宽的频率禁带，能够有效实现特定频率范围内结构的减振隔振要求。结构的材料均为钢材，芯体由一根根杆件组成，因此加工较为简单。
【附图说明】
[0019]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，其中:
[0020]图1是N型周期点阵夹芯板的示意图；
[0021]图2是周期点阵夹芯板的单胞示意图(a)整体图、(b)截面图；
[0022]图3是芯体的示意图；
[0023]图4是芯体杆件的示意图；(a)整体图、(b)截面图；
[0024]图5是金字塔型夹芯板的单胞示意图(a)整体图、(b)截面图；
[0025]图6是金字塔型周期点阵夹芯板的能带结构图(a = 0.2m，t = 0.005m，d = 0.01m，h = I = 0.lm)；
[0026]图7是N型夹层的周期点阵夹芯板的能带结构图(a = 0.2m，t = 0.005m，d =0.01m，h = I = 0.lm)；
【具体实施方式】
[0027]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0028]如图1所示出的一种N型周期点阵夹芯板，包括面板1，上下面板I之间有夹层2，面板I与夹层2为同种材料。
[0029]如图2所示出的，夹芯板是由单胞在平面方向阵列所形成的。
[0030]如图3所不出的，芯体由8根杆件组成，4根为直杆，4根为斜杆，I根斜杆与其相邻的两根斜杆形成的构型类似字母“N”。
[0031]如图4所示出的，芯体组成的杆件为圆形截面杆。
[0032]下面结合附图对本实用新型的制作方法进行详细描述，包括以下步骤:
[0033]步骤I ;选择合适的材料；面板I与芯体2选择同种金属材料，比如钢材或铝材；
[0034]步骤2 ;制作N型夹层；利用两根直杆和一根斜杆，通过焊接形成一个N型构件，再利用两根斜杆和一根直杆，通过焊接形成一个倒N型构件，将两个构件平行放置，通过两根斜杆将其连接起来就形成了一个单胞的芯体；图2b中单胞俯视图的边长是最小周期尺寸；芯体2的宽度与最小周期尺寸之比在0.4到0.6之间；芯体的高度与最小周期尺寸之比在0.5到0.8之间；
[0035]步骤3 ;将N型夹层焊接在面板I上；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必须小于芯体杆件的直径。
[0036]步骤4 ;方法的适用性。对于不同的结构禁带特性要求，重复步骤1-步骤3，形成满足结构禁带特性要求的N型周期点阵夹芯板。
[0037]下面结合具体实例对本实用新型做进一步的阐述:
[0038]根据结构轻质、高强和减振隔振特性的要求，选择合适的夹层材料；本实施例中面板和芯体材料的泊松比为v=0.33，弹性模量为E = 2ellPa，密度是P = 7850Kg/m3；
[0039]N型夹层的周期点阵夹芯板的几何尺寸如图2所示；最小周期尺寸为a，芯体的宽度I与最小周期尺寸a之比在0.4到0.6之间；芯体的高度h与最小周期尺寸a之比在0.5到0.8之间，上下面板厚度t是最小周期尺寸a的是百分之一到二十分之一，且必须小于芯体杆件的直径d ；
[0040]金字塔型周期点阵夹芯板的几何尺寸如图5所示；最小周期尺寸为a，芯体的宽度为1，芯体的高度为h，上下面板厚度为t，芯体杆件的直径为d ;
[0041]在图6、图7所示的实施例中，图6为含完好夹层的金字塔型周期点阵夹芯板结构的能带结构图，图7为含N型夹层的周期点阵夹芯板结构的能带结构图。图中横坐标为简约波矢量，纵坐标为频率，阴影部分表示禁带(即该频率范围内的振动在结构中的传播被抑制)。对于金字塔型周期点阵夹芯板，结构产生的禁带范围为610-658HZ，禁带宽度是48Hz。对于N型夹层的周期点阵夹芯板，结构产生的禁带范围是626-1256Hz，禁带宽度是630Hz。由上述分析可以看出，根据本实用新型所设计的具有减振隔振功能的夹芯板结构，通过设计新型的芯体形式，能够使周期点阵夹芯板结构产生较宽的禁带，且禁带的位置和宽度可以通过改变夹芯板的几何尺寸进行调节。
[0042]如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的实用新型点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，包括上下面板和中间的桁架型芯体，其特征在于，夹芯板具有周期性，它由最小周期性单元一单胞组成，单胞的夹层是由8根圆形杆件组成，8根杆件组成的芯体呈桁架的构型。2.根据权利要求1所述的一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，其特征在于，夹芯板具有周期性，最小周期性单元称为单胞。3.根据权利要求1所述的一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，其特征在于，单胞的芯体由杆件组成，其中4根为直杆，4根为斜杆，杆件均为圆形截面，芯体呈桁架构型。4.根据权利要求1所述的一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，其特征在于，由8根杆件组成的桁架型芯体阵列地分布于上下面板之间。5.根据权利要求1所述的一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，其特征在于，斜杆与其连接的两根直杆在同一平面内，且该平面与夹芯板的两条边界平行，与另外两条边界垂直。6.根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，其特征在于，夹芯板的面板和芯体的材料均为同种材料一钢材，芯体的宽度与最小周期尺寸之比在0.4到0.6之间；芯体的高度与最小周期尺寸之比在0.5到0.8之间；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必须小于芯体杆件的直径。
【专利摘要】本实用新型涉及了一种含N型夹层的多功能周期点阵夹芯板结构，夹芯板是由一个单胞在平面方向阵列所得到的，单胞包括上下面板和中间的桁架型芯体，中间的芯体由8根圆形杆件组成，4根直杆起到支撑上下面板的作用，每两根直杆之间又增加了一根斜杆，对芯体起到一个加固的作用，芯体看似由4个N形构件组合而成。夹芯板的面板和芯体的材料均为同种材料，芯体的宽度与最小周期尺寸之比在0.4到0.6之间；芯体的高度与最小周期尺寸之比在0.5到0.8之间；上下面板厚度是最小周期尺寸的是百分之一到二十分之一，且必须小于芯体杆件的直径。本实用新型在满足结构轻质、高强要求的同时，获得了低频较宽的频率禁带，能够实现结构的减振隔振。结构的材料均为钢材，芯体由一根根杆件组成，因此加工较为简单。
【IPC分类】E04C2/34, E04B1/98
【公开号】CN204919983
【申请号】CN201520503151
【发明人】于桂兰, 吴俊男, 刘声修
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年7月13日