专利名称：一种中间为多边形栅格的夹层强化结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种夹层板构造，尤其涉及一种中间为多边形栅格的夹层板构造。
背景技术：
将蜂窝形结构置于两块板之间，用于加强板结构强度已经在工业中得到广泛的应用，它可以在减少使用材料的同时，保持较好的整体结构强度。为了进一步提高蜂窝形结构，在承受压力、抵抗扭曲及其上下夹层中的层间的抗剥离强度，本人从仿生学的角度出发，通过对甲虫前翅的解剖，用材料力学的观点，潜心研究了甲壳类昆虫其翅膀的生物结构，从中得到不少启发，特别通过对甲壳虫前翅结构的解剖研究，其上下层之间的夹层中具有类似蜂的网状结构，尤其注意到在网状的交接处巧妙地布有小柱，以强化其翅膀结构。
下面是本发明人通过对活甲壳虫的前翅进行剥离实验，电子显微镜观察及有限元解析，建立了数学模型(见附图6)。对其结构强度进行了计算，现举剥离实验结果如下前翅剥离实验曲线模型的构成式如下F(δ)＝Fl(δ)+Fl(δ)…………………(1)F(δ)前翅剥离实验时剥离(拉伸)时的张力
Fl(δ)前翅剥离实验时没有小柱地方的剥离张力，也就是说，为纤维层间的剥离张力Fl(δ)前翅剥离实验时有小柱地方的剥离张力图8为试验片中小柱单列，较疏排列时，小柱一根被拉断后，经过层间剥离层后，再拉断下一根小柱的理想情况模型，实际上试验片宽度约为2mm此时小柱为多列排列，有时有多根小柱被同时拉起的情况，由于小柱被相互重叠地拉起，以上锯齿形也相互重叠，得到的是如图9所示实验结果。
由图9及上述模型可以作如下推论层间剥离张力不可能比该图中的波谷值大。因此，可以将曲线中最深处的波谷值近似看成层间剥离张力。于是有下式成立。
Fl(δ)≤Fmin0＝Min{Fj0(δ)}…………(2)也就是说，(2)式说明Fl(δ)的取值范围。Fmin0可以σb‾=Σi=1n[Fj1-Fl(δ)]/nΣi=1nSi/n··········(3)]]>计算了小柱的平均强度 为所有柱子的平均剥离张力/所有柱子的平均面积Fj1(j＝1，2，…，n，小柱的根数，)为小柱的剥离张力Fl(δ)纤维层间的剥离张力Sj小柱中被剥离的纤维层的面积，因为纤维层为主要受力体(见附图7)。
面积Sj由下式求得(中间的部分为蛋白质，可不考虑)
Sj＝Tj(dj1-Tj)π…………………(4)据此可以求得小柱的最大和平均强化倍数λl=σb‾/Fl(δ)TiB≅29········(5)]]>小柱的锯齿顶部值的平均剥离张力和层间(没有小柱的)平均剥离张力之比为局部最大比。
λ(δ)=F(δ)Fl(δ)≥F(δ)Fmin0·······(6)]]>小柱强化后的强化倍数实验结果每一点上的剥离张力F(δ)和纤维层间的剥离张力的比。
λm≥∫δ1δ2F(δ)dδ∫δ1δ2Fmin0dδ=∫δ1δ2F(δ)dδFmin0·(δ2-δ1)·······(7)]]>小柱强化后的强化倍数对于某一个实验结果的平均值。分子为剥离实验图中的曲线下面的面积，分母为Fl(δ)下长方形的面积。对于10个试验片，求得的平均值为3.2倍。
由上计算及根据本结构的特征可得出如下结伦1，抗压强度好 由于小柱直径比蜂窝壁厚大数倍，小柱与上下层的的连接是圆滑过渡连接，有效地减少了应力集中。可大大提高抗压强度。
2，抗扭曲能力得到增强。
3，如果整个蜂窝结构和小柱是如图所示的纤维制成，其上层或下层层间的抗剥离强度局部约可提高30倍，平均也能提高3倍左右。
于是本发明人发明了一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，用于工业产品后将使其结构强度大大提高。
发明内容
本发明提供了一种中间为多边形栅格的夹层板，该技术方案是一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，包括上夹板、下夹板、中间层栅格，沿着栅格壁的交汇处设有加强柱。所述的加强柱在一个多边形栅格结构单元中的分布可以是一个或几个，但小于等于多边形的边数，加强柱的两端设有略大于加强柱直径的凸台，凸台与加强柱、夹板圆滑过渡连接，所述的多边形栅格结构可以是正六边形栅格，也可以是其它多边形栅格。夹层是由多个中空的多边形栅格紧密排列而成的，蜂窝状排列便是其中的一种六边形栅格结构，加强柱与上下夹层之间的联接方法可以根据不同的结构材料，采用织造、纺织、粘连等方法制成。上、下夹板可以是平板，也可以是曲面板。
用上述结构制造成的夹层板，与没有加强柱的蜂窝状夹层板相比，可大大提高夹层板的抗压强度、抗扭曲强度及上层或下层层间的抗剥离强度，并可有效地减少应力集中，是一种重量轻、强度高的仿生结构夹层材料，在普通的包装材料、建筑材料到航空航天器材有着广泛的应用前景。
图1本发明实施例的结构示意2为图1的中间夹层结构示意图；图3为图1中的基本单元内部结构示意图；图4为不同形状栅格的中间夹层示意图；其中(a)正六边形栅格的中间夹层示意图；(b)正四边方形的中间夹层示意图；(c)正三角形中间夹层示意图。
图5为不同形状的加强柱的结构示意图其中(a)带有过渡凸台的加强柱(b)实心加强柱(c)空心加强柱图6为甲壳虫前翅模型图；图7为图6中小柱的横截面图；图8为拉伸单列小柱时的理想试验结果；图9为拉伸多根小柱时的试验结果图。
具体实施例方式
下面结合附图来说明该发明的实施例，本发明实施例的结构示意图及中间夹层结构示意图分别如图1、图2所示。该夹层板由上下夹板1、6和中间夹层所组成，上下夹板1、6为平板，中间夹层为蜂窝状的正六边形的栅格紧密排列而成，每3个正六边形的栅格壁2的交接处均设有一个加强柱3，如图2所示。加强柱3两端各设有一个凸台5，凸台5一个端面为平面4，便于与上、下夹板1、6粘接，凸台5另一端与加强柱3柱体光滑过渡连接，如图3所示。加强柱柱体与每个栅格壁之间紧密连接，并与正六边形的蜂窝状结构形成一个整体，其上下夹板1、6可通过粘连的方法与柱体底部端面4及栅格壁2连接固定，即可完成夹层板的加工。
在上述的实施例中，不同的材料其制造方法可以完全不同，如用塑料，可用模具采用整体注塑法成形；如用纤维材料，可采用织造法成形；如用金属材料，可用粘连方法及冲压相结合的方法成形。
本发明所述的中空的多边形栅格结构不限于正六边形的蜂窝状结构，这种栅格结构也可以是正三角形、正方形结构，它们的结构示意图分别如图4中的(a)(b)(c)所示。在一个正六边形的蜂窝状结构单元中，加强柱数目可以是1～6个。其它n边形的单元结构依次类推，即其加强柱的数目应为1～n个。加强柱3的结构形状也有备种各样，常用的有柱体两端带有凸台的、柱体内为空心的和实心的等几种类型。分别如图5中的(a)(b)(c)所示。
权利要求
1.一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，包括上夹板、下夹板和中间层栅格，其特征在于沿着栅格壁的交汇处设有加强柱。
2，根据权利要求1所述的一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，其特征在于所述的加强柱在一个n边形栅格结构单元中的数目可以是1～n个。
3，根据权利要求1所述的一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，其特征在于所述的中间层栅格是正六边形或正三角形或矩形。
4，根据权利要求1所述的一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，其特征在于所述的加强柱的两端设有略大于加强柱直径的凸台，凸台与加强柱、夹板圆滑过渡连接。
5，根据权利要求1～4所述的任一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，其特征在于所述的上夹板、下夹板与中间夹层相及加强柱的连接，视不同的材料可用粘接剂连接，或用注塑一次成型，或用织造方法成型。
6，根据权利要求1～4所述的任一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，其特征在于所述的上夹板、下夹板可以是平面板或曲面板。
全文摘要
一种中间为多边形栅格的夹层强化结构，适用于各种轻量型的工业产品强度加强结构。包括上、下夹板、中间层为栅格壁，其特征在于沿着栅格壁交汇处设有加强柱。该结构有效地减少了应力集中，大大提高抗压强度、抗扭曲强度及上层或下层层间的抗剥离强度，最终可以得到重量轻、强度高的夹层结构。本发明所述的多边形栅格夹层板适用于从普通的包装材料到建筑材料，乃至航空航天器材的广泛领域。
文档编号B32B3/12GK1539632SQ0311650
公开日2004年10月27日 申请日期2003年4月21日 优先权日2003年4月21日
发明者陈锦祥, 倪庆清 申请人:陈锦祥, 倪庆清