专利名称：金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及结构功能材料技术领域，特别是一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及 其制备方法。
技术背景自20世纪70年代以来，由于汽车工业的发展使得能量吸收结构和材料的研究越来 越受到人们的重视，乘员生命价值的提高使得人们比以往任何时候都更加重视对吸能结 构和材料的研究。对于车辆、航天器等运动结构来说，在发生碰撞事故时能够吸收冲击 能量并保护成员及贵重物品的安全是十分重要的。缓冲吸能元件可以通过结构的屈曲和 断裂来减缓这些运动结构碰撞时的冲击载荷，耗散冲击能量，保护成员及贵重物品的安 全。作为能量吸收元件应满足质量轻、比能量吸收髙、载荷效率和缓冲效率高、成本低 等优点。通常，能够作为吸能元件的结构很多，例如，薄壁金属圆管、复合材料管壳、 金属或聚合物泡沫体及蜂窝结构等。这些吸能元件一般不作为附加结构独立存在，而是 与其它结构整合在一起。正常工作时，可以起承载、装饰等作用；发生事故时，可以通 过弹塑性变形和断裂等形式吸收冲击载荷、耗散大量的能量。目前，国内外很多学者对 能量吸收结构进行了较为细致的研究。NASALangley研究中心、Ford汽车公司、University of Michigan、 University of Cambridge- University of Liverpool、 Kyoto Institute of Technology 以及French National Institute for Transportation and Safety Research等研究机构对复合材料 薄壁管壳的吸能性能进行了详细的研究；文献《Cellular Solids: Structure and Properties》 对各种胞状固体的吸能特性进行了理论和试验研究；文献《材料与结构的能量吸收-耐撞 性-包装.安全防护》及《圆柱壳冲击动力学及耐撞性设计》等对复合材料管壳、金属薄壁 壳体以及胞状材料的冲击吸能特性进行了大量的试验研究这些文献中的研究内容涉及 到缓冲吸能元件的材质及其性能、结构的形式种类、结构的优化设计、撞击吸能的基本 原理、撞击过程的变形机制以及撞击过程数值模拟等问题，但大多数是以复合材料圆柱 管壳、薄壁结构、铝合金泡沫等为主进行研究的。这些结构具有较髙的比能量吸收性能, 但也存在各自的缺点，如制造成本高、载荷效率及缓冲效率低、承载能力低、不能分级 吸能以及界面结合薄弱等。 一些专利文献虽然也述及了很多吸能结构和材料，但几乎没 有直接利用蜂窝结构做吸能装置的，更未见有利用组合蜂窝结构做吸能装置的。本发明 通过对金属蜂窝夹芯结构的参数及变形规律进行研究后提供一种组合吸能结构材料及其 制备方法。 发明内容本发明的目的在于提供一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及其制备方法，作为交 通运载工具的结构部件使用，在承载同时，起到碰撞缓冲吸能的作用。本发明提供的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料包括下列部件外壳、金属蜂窝夹芯体组合、隔板、金属钎料层，金属蜂窝夹芯体组合由1 4块金属蜂窝夹芯体组成，其中 每个金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，每块金属蜂窝夹芯体之间有隔板，互相 纵横交错组合，各部件通过金属钎料层钎焊连接在一起。本发明所述的外壳包括端盖和壳体，外壳壳体为矩形断面管或圆管。 金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料的制备方法，该方法包含以下内容a. 将金属板冷弯压制成半正六边形波纹板，再将半正六边形波纹板扣在一起，组成 端面为蜂窝状的金属蜂窝夹芯体b. 隔板选用冷轧金属薄板C.外壳由普通金属薄壁方管或圆管加金属薄板端盖制成；d. 利用常规酸或碱清洗液清洗金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝夹芯体；e. 将1 4块金属蜂窝夹芯体互相纵横交错组合，每块金属蜂窝夹芯体之间加金属 隔板，将金属钎料层夹放在金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝夹芯体之间，并 将组合的金属蜂窝夹芯体置于金属壳体内，两端用端盖封上，然后用夹具夹紧两端的金 属細盖；f. 置于真空炉或气氛炉内，冷态抽真空到1X 10-'~1 X10—2Pa以上或充入Ar或N2 保护气体，加热到钎焊温度，保温20 50分钟进行钎焊，冷却后取出。本发明与现有技术相比，其显著的优点在于以普通金属薄板为蜂窝结构材料，材料来源广泛，成本低，组合吸能结构材料即可用 作焊接结构承受载荷，又可用作缓冲吸能部件。金属的塑性和韧性好，遭受撞击后产生 塑性屈服和塑性屈曲变形可以吸收大量的能量，通过优化设计后，其载荷效率和缓冲效 率可以达到90。Z以上。该组合结构有利于分级吸收冲击能量，对于某些变载荷撞击情况， 纵横交错组合结构可以抵抗不同方向的撞击；分级减缓撞击载荷；分级耗散冲击能量；采 用钎焊连接可以提髙各组成部分之间的结合强度，使各组成部分只能以塑性屈服和塑性 屈曲方式进行变形，防止各组成部分之间因结合强度低而产生剪切散落的现象。
图1是由一个金属蜂窝夹芯体构成的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料示意图；图2 是由两个金属蜂窝夹芯体纵横交错组合构成的金属蜂窝夹芯组合吸能材料示意图。
具体实施方式
实施例1如图1所示，本发明提供的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料由外壳1、金属蜂窝夹芯体2、金属钎料层3构成，外壳横断面为矩形，金属蜂窝夹芯体组合由一块金 属蜂窝夹芯体组成，金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，各部件通过金属钎料层 钎焊连接在一起。上述金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料的制备方法，该方法包含以下内容a.将厚度为0.25111111的轧制薄板冷弯成胞壁边长为7.511 11的半正六边形波纹板，用8条这样的半正六边形波纹板组成端面为蜂窝状的金属蜂窝夹芯体。总长度为200mm,宽度为68mm，厚度为54mm;b. 截取长度为200mm，断面尺寸为1.0X56X70mm的Q235普通碳素钢薄壁方管一 段作为壳体，取厚度为0.25mm的轧制薄板，剪切2块尺寸为56X70mm的薄板作为端盖；c. 利用常规酸溶液清洗金属端盖、金属壳体、金属蜂窝夹芯体d. 切取钎焊连接所用的BAg72Cu金属钎料箔作为金属钎料层，将金属钎料层夹放在 金属端盖、金属壳体、金属蜂窝夹芯体之间；e. 将金属蜂窝夹芯体置于金属壳体内，两端用端盖封上，然后用夹具夹紧两端的金 属端盖；f. 把处理好的材料放在真空炉内，冷态抽真空并保持真空度处于1X10—'~lX10-2Pa 之间，加热到83(^860t:，保温2(K40分钟时间进行钎焊，钎焊后随炉冷却到室温取出。实施例2如图2所示，本发明提供的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料由外壳l、金 属蜂窝夹芯体组合2、隔板3、金属钎料层4构成，外壳横断面为矩形，金属蜂窝夹芯体 组合由两块金属蜂窝夹芯体组成，金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，各部件通 过金属钎料层钎焊连接在一起。上述金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料的制备方法，该方法包含以下内容a. 将厚度为0.25mm的轧制薄板冷弯成胞壁边长为7.5mm的梯形波纹板，用16条 这样的半正六边形波纹板组成两块金属蜂窝夹芯体，其中一块总长度为132mm，宽度为 68mm，厚度为54mm，另一块总长度为68mm,宽度也为68mm，厚度为54mm。b. 剪切冷轧金属薄板作为隔板。c. 截取度为200mm，断面尺寸为1.0X56X70mm的Q235普通碳素钢薄壁方管一段 作为壳体，取厚度为0.25皿的轧制薄板，剪切2块尺寸为56X70mm的薄板作为端盖。d. 利用常规酸溶液清洗金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝夹芯体。e. 将两块金属蜂窝夹芯体互相纵横交错组合，两块金属蜂窝夹芯体之间加金属隔板, 将BCu62Zn金属钎料箔放于两块金属蜂窝夹芯体、金属隔板、薄壁方管之间；并将组合 的金属蜂窝夹芯体置于金属壳体内，两端用端盖封上，然后用夹具夹紧两端的金属端盖。f. 将上述处理好的材料放在纯Ar气氛炉内，加热到900 92(TC,保温20~30分钟时 间进行钎焊，钎焊后随炉冷却到室温取出。
权利要求
1. 一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料，其特征在于该材料包括下列部件外壳、金属蜂窝夹芯体组合、隔板、金属钎料层，金属蜂窝夹芯体组合由1～4块金属蜂窝夹芯体组成，其中每个金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，每块金属蜂窝夹芯体之间有隔板，互相纵横交错组合，各部件通过金属钎料层钎焊连接在一起。
2. 权利要求1所述的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料，其特征在于外壳包 括端盖和壳体，壳体为矩形断面管或圆管。
3. 权利要求1所述的金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料的制备方法，该方法包含以下内容a. 将金属板冷弯压制成半正六边形波纹板，再把半正六边形波纹板扣在一起，组成端面为蜂窝状的金属蜂窝夹芯体；b. 隔板选用冷轧金属薄板C.外壳由普通金属薄壁方管或圆管加金属薄板端盖制成；d. 利用常规酸或碱清洗液清洗金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝 夹芯体；e. 将1 4块金属蜂窝夹芯体互相纵横交错组合，每块金属蜂窝夹芯体之间 加金属隔板，将金属钎料层夹放在金属端盖、金属壳体、金属隔板、金属蜂窝夹 芯体之间，并将组合的金属蜂窝夹芯体置于金属壳体内，两端用端盖封上，然后 用夹具夹紧两端的金属端盖f. 置于真空炉或纯Ar气氛炉内，冷态抽真空到lX10-1 lXl0－2以上或 充入Ar或N2保护气体，加热到钎焊温度，保温一定时间进行钎焊，冷却后取出。
全文摘要
本发明公开了一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料及其制备方法。吸能材料包括外壳、金属蜂窝夹芯体组合、隔板、金属钎料层，金属蜂窝夹芯体组合由1～4块金属蜂窝夹芯体组成，其中每个金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，各部件通过金属钎料层钎焊连接在一起。制备方法包括压制波纹板，组成端面为蜂窝状的金属蜂窝夹芯体；清洗各部件；将金属钎料层夹放在各部件之间，并将组合的金属蜂窝夹芯体置于金属壳体内，两端用端盖封上，然后用夹具夹紧两端的金属端盖；置于真空炉或纯Ar气氛炉内，进行钎焊。组合吸能结构材料其载荷效率和缓冲效率都可以达到90％以上。该材料作为交通运载工具的结构部件使用，在承载同时，起到碰撞缓冲吸能的作用。
文档编号F16S5/00GK101251227SQ20071001048
公开日2008年8月27日 申请日期2007年2月23日 优先权日2007年2月23日
发明者井玉安, 张越飞, 李维娟, 林 胡 申请人:辽宁科技大学