结构板、结构系统及形成结构板的方法与流程

本发明涉及一种结构板，特别是作为夹层结构的多层结构板。本发明涉及一种结构系统，该结构系统包括耦合在一起的多个结构板，本发明还涉及一种用于形成结构板的方法。

背景技术：

结构板在各种应用中广泛使用，例如建设，建筑应用，公路建设，航空航天行业等。

铝夹层板是广泛使用的结构板的一个例子。铝夹层板在运输和建筑应用中广泛使用，因为与实心单块铝片或铝块相比，它们的刚度重量比被提高。铝夹层板的典型例子由两块铝片和蜂窝核心组成。

这种板材是一种高效设计，因为它在使板材重量最小化的同时提供了刚度。但是，蜂窝结构和包括蜂窝核心的板材制造成本昂贵。由于带有蜂窝核心的铝板成本增加，重量轻盈，这种板材在首要设计因素为降低重量的特殊行业中使用，例如航空航天行业。

在其他应用中，使用各种其他核心结构。作为蜂窝核心板材的廉价替代品，使用其他核心结构，例如波纹板和波纹带。为了解决当前结构板所存在的问题，或者至少为公众提供一种有用的替代选择，寻求替代结构板和包括多个结构板的结构系统。

技术实现要素：

根据第一个方面，本发明涉及一种结构板，该结构板包括：

第一外部片材和第二外部片材，所述第一外部片材和所述第二外部片材包括多边形形状；

核心布置，该核心布置夹在所述第一外部片材和所述第二外部片材之间；

所述核心布置包括邻近彼此布置的两个或多个离散构件，所述离散构件的形状或结构设置为减少所述核心布置内的裂纹萌生和扩展。

在某些配置中，所述核心布置的结构设置为减少所述核心布置内的应力集中位置的数量。

在某些配置中，所述两个或多个离散构件的形状或结构设置为向所述结构板提供机械强度，并且所述结构板基本上是抗裂纹扩展的。

在某些配置中，所述核心布置包括多个离散构件层，所述核心布置包括至少第一离散构件层和至少第二离散构件层，所述第一离散构件层堆叠在所述第二离散构件层之上。

在某些配置中，所述离散构件是细长的管子，所述管子彼此相同并且形状为圆柱形，并且所述第一外部片材和所述第二外部片材的形状为矩形，所述管子包括圆形横截面。

在某些配置中，所述第一外部片材和所述第二外部片材由金属或合金形成，所述管子由金属或合金形成。

在某些配置中，所述第一外部片材，所述第二外部片材和所述管子由铝或铝合金形成。

在某些配置中，所述第一外部片材，所述第二外部片材和所述管子由“o”退火状态的1100铝合金形成。

在某些配置中，所述第一外部片材和所述第二外部片材的厚度为0.2mm至0.7mm之间，所述第一外部片材和所述第二外部片材具有恒定厚度。

在某些配置中，所述管子的外横截面直径为0.5mm至5.5mm之间，所述管子的壁厚为0.15mm至0.6mm之间，所述管子具有恒定壁厚。

在某些配置中，所述管子互相连接，所述管子进一步连接至所述第一外部片材和所述第二外部片材。

在某些配置中，所述管子通过丙烯酸基粘合剂连接在一起，所述管子通过丙烯酸基粘合剂与所述第一外部片材和所述第二外部片材连接，所述粘合剂以直径为0.5mm至3.5mm的斑点的形式施用，所述粘合剂斑点在所述管子上均匀隔开。

在某些配置中，所述丙烯酸基粘合剂是乙基2-氰基丙烯酸酯。

根据第二个方面，本发明涉及一种结构系统，该结构系统包括：

两个或多个结构板，一个或多个耦合器将所述两个或多个结构板耦合在一起；

每个结构板包括第一外部片材、第二外部片材、以及夹在所述第一外部片材和所述第二外部片材之间的核心布置；

所述核心布置包括邻近彼此布置的两个或多个离散构件，所述离散构件的形状或结构设置为减少所述核心布置内的裂纹萌生和扩展。

在某些配置中，所述核心布置包括多个离散构件层，所述核心布置包括至少第一离散构件层和至少第二离散构件层，所述第一离散构件层堆叠在所述第二离散构件层之上。

在某些配置中，所述离散构件是细长的管子，所述管子彼此相同并且形状为圆柱形，并且所述第一外部片材和所述第二外部片材的形状为矩形，所述管子包括圆形横截面。

在某些配置中，所述第一外部片材和所述第二外部片材的厚度为0.2mm至0.7mm之间，所述第一外部片材和所述第二外部片材具有恒定厚度，所述管子的外横截面直径为0.5mm至5.5mm之间，所述管子的壁厚为0.15mm至0.6mm之间，所述管子具有恒定壁厚。

在某些配置中，所述一个或多个耦合器配置为将第一结构板的核心布置与第二结构板的核心布置互相连接，所述耦合器通过粘合剂与每个核心布置结合。

在某些配置中，所述一个或多个耦合器是耦合管，每个耦合管对应于所述第一结构板的核心布置和所述第二结构板的核心布置内的管子，每个耦合管插入到所述第一结构板的核心布置的管子中并插入到所述第二结构板的核心布置的管子中，由此所述第一结构板和所述第二结构板耦合在一起。

在某些配置中，所述耦合管包括圆形横截面，其中所述耦合管的外径小于所述第一结构板的核心布置的管子的内径，所述耦合管的外径小于所述第二结构板的核心布置的管子的内径。

在某些配置中，所述结构板配置为和第一方面中的任意一个实施方式相同。

在一种实施方式中，所述耦合管是带角度的，带角度的所述耦合管配置为以互相形成一个角度耦合所述第一结构板和所述第二结构板。

根据第三个方面，本发明涉及一种用于形成结构板的方法，该方法包括：

提供第一外部片材；

提供第二外部片材；

提供核心布置，所述核心布置包括多个管子，所述管子互相结合，所述管子结合至所述第一外部片材和所述第二外部片材；

结构组件和所述核心布置的结构设置为减少所述核心布置内的应力集中位置的数量，所述多个管子的形状和结构设置为向所述结构系统提供机械强度，并且所述结构系统基本上是抗裂纹扩展的。

在某些配置中，所述方法还包括：形成所述第一外部片材、形成所述第二外部片材、以及形成所述多个管子。

在某些配置中，所述第一外部片材和所述第二外部片材通过压制工艺形成，所述多个管子通过拉拔或挤出工艺形成。

在某些配置中，所述方法包括将所述多个管子中的每一个与一个或多个相邻的管子结合、将所述多个管子中的每一个与所述第一外部片材结合、以及将所述多个管子中的每一个与所述第二外部片材结合。

根据第四个方面，本发明涉及一种结构板的核心布置，该核心布置包括：

邻近彼此布置的多个细长的中空管子，所述管子互相结合；

所述管子布置在一层或多层中，所述管子具有圆形横截面。

在某些配置中，所述管子的外横截面直径为0.5mm至5.5mm之间，所述管子的壁厚为0.15mm至0.6mm之间，所述管子具有恒定壁厚，并且所述管子的形状为圆柱形。

在某些配置中，所述核心布置包括第一管子层和第二管子层，所述第一管子层垂直于所述第二管子层布置，并且其中所述第一管子层利用粘合剂结合至所述第二管子层。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用于形成结构板的方法，该方法包括：

提供第一外部片材；

提供第二外部片材；

提供核心布置，所述核心布置包括多个管子，所述管子只与所述外部片材结合，而不互相结合；

结构组件和所述核心布置的结构设置为减少所述核心布置内的应力集中位置的数量，所述多个管子的形状和结构设置为向所述结构系统提供机械强度，并且所述结构系统基本上是抗裂纹扩展的。

在一种实施方式中，所述方法还包括：形成所述第一外部片材、形成所述第二外部片材、以及形成所述多个管子。

在一种实施方式中，所述方法包括将所述多个管子中的每一个与一个或多个相邻的管子结合、将所述多个管子中的每一个与所述第一外部片材结合、以及将所述多个管子中的每一个与所述第二外部片材结合。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种结构板的核心布置，该核心布置包括：多个细长的中空管子，所述管子邻近彼此布置，与所述外部片材结合，并布置在一层或多层中，每个管子具有圆形横截面。

在一种实施方式中，所述管子的外横截面直径为0.5mm至5.5mm之间，所述管子的壁厚为0.15mm至0.6mm之间，所述管子具有恒定壁厚，并且所述管子的形状为圆柱形。

在一种实施方式中，所述核心布置包括第一管子层和第二管子层，所述第一管子层垂直于所述第二管子层布置或与所述第二管子层形成一个角度布置，并且其中所述第一管子层利用粘合剂结合至所述第二管子层。

这里使用的术语“包括”(及其语法变型)是“具有”或“包含”的含义，并不是“只由……组成”。

除非另有明确要求，否则在说明书和权利要求中，词语“包括”，“包含”等应理解为包括含义，而非排外或穷举含义，也就是说“包括，但是不限于”。

附图说明

图1是结构板的一种实施方式的爆炸图；

图2是图1所示结构板的横截面，该横截面是穿过结构板的中间截取的；

图3是结构板的另一种实施方式的爆炸图；

图4是图3所示结构板的横截面，该横截面是穿过结构板的中间截取的；

图5是结构系统的一种实施方式的爆炸图，该结构系统包括第一结构板、第二结构板和多个耦合器；

图6是结构系统的另一种实施方式的爆炸图，该结构系统包括第一结构板、第二结构板和围绕拐角对系统进行定向的多个折弯耦合器。

具体实施方式

本发明涉及一种结构板、结构系统和用于形成结构板的方法。该结构板为多层夹层板，包括一对外部元件和位于所述外部元件之间的核心布置。外部元件的形式为片材。结构系统包括多个结构板，多个结构板耦合在一起以提供在不同行业中使用的系统。

如前所述，铝夹层板在建设、航天、航空、公路建设、建筑应用及其他行业中广泛使用。

随着多年依赖应力分析技术的提升，可以精确计算出正常操作条件下现代工程组件上的应力。因此，由超过设计限制的过载引起的故障变得不那么常见了。另一方面，在应力集中度被提高的位置仍然会发生裂纹萌生和扩展，当这些位置碰巧和材料缺陷，例如杂质颗粒同时存在时尤其如此。这类故障众所周知是隐伏的，并且难以检测，因为它可能在远低于设计水平以下的负荷条件下发生。此外，材料和原型测试可能不会揭露问题，因为材料中随机出现多种类型的材料缺陷，并且可能不会在碰巧位于测试样本中的应力集中度被提高的位置上。对于诸如铝蜂窝夹层板这样的刚性结构而言，由于结构的刚性约束，裂纹尖端前面的应力集中非常高，所述刚性约束通过塑性变形防止裂纹尖端上的应力松弛。在这种情况下，裂纹扩展可能在最终的灾难性故障之前暗中继续发展。

在铝夹层板中，应力集中可能由几何结构或显微结构不均一引起。蜂窝核心板中的锐角是几何结构应力集中位置。另一方面，在形成波纹板或波纹带过程中的折弯操作会产生显微结构不均一，从而由于材料性质的局部变化而形成应力集中位置。

对于关键结构应用而言，通常可以通过大量的材料和原型测试，以及在设计中采用大的安全系数来防止在正常操作条件下过度负荷所导致的故障。进一步的设计分析通常都集中在各种潜在故障场景上。在一个故障都无法接受的情况下，不管是否可能发生，潜在的故障场景都必须要考虑到。关键结构组件的另一个设计考虑是能否通过日常检查防止潜在的灾难性故障。这是特别重要的，因为在过去确实发生了即使在定期检查和维护之后不久，由于未检测到的材料缺陷而导致的灾难性事故。对于铝夹层板而言，表面片材上的缺陷很容易就可以检测到。另一方面，刚性内部核心布置中的裂纹扩展则很难检测到，并会导致潜在故障。

由内部裂纹扩展导致的故障以逐渐且含蓄的方式发生。诸如铝夹层板这样的结构内的裂纹萌生和扩展众所周知难以检测，并通常以难以察觉的方式扩展。由于结构板中未检测到的内部裂纹扩展而导致的故障可能没有预警地突然发生，并可能在远低于设计水平的负荷情况下发生。此外，材料和原型测试可能不会揭露问题，因为材料中随机出现多种类型的材料缺陷，并且可能不位于测试样本中的应力集中度被提高的位置上。此外，非常难以测试并检测可能在结构板内部萌生的任何裂纹。

在通常使用的铝夹层板，例如具有蜂窝核心的板材中，由于结构的刚性约束，裂纹尖端上的应力集中非常高，所述刚性约束通过塑性变形防止裂纹尖端上的应力松弛。

在已知的铝夹层板中，应力集中可能由几何结构或显微结构不均一引起。例如，蜂窝核心板中的锐角是几何结构应力集中位置。形成波纹板或波纹带时的折弯操作或其他制造操作会产生显微结构不均一，从而由于材料性质的局部变化而形成应力集中度被提高的位置。

对于前述铝夹层板，表面片材或外部元件上的缺陷很容易就可以检测到，但是，即使定期检查也很难检测刚性核心中的裂纹扩展。结构板，例如铝夹层板内未检测到的裂纹会导致结构板发生故障。在关键结构组件，例如建筑组件或航空板材或桥梁结构中，故障尤其危险和让人担心。

本发明涉及一种结构板，该结构板包括第一外部片材，第二外部片材，夹在所述第一外部片材和第二外部片材之间的核心布置，核心布置包括邻近彼此布置的两个或多个离散构件，所述离散构件的形状或结构设置为减少核心布置内的裂纹萌生和扩展。核心布置的离散构件设计为防止内部裂纹扩展。

本发明还涉及一种结构系统，该结构系统包括：两个或多个结构板；一个或多个耦合器将所述两个或多个结构板耦合在一起；每个结构板包括第一外部片材，第二外部片材，以及夹在所述第一外部片材和所述第二外部片材之间的核心布置；所述核心布置包括邻近彼此布置的两个或多个离散构件，所述离散构件的形状或结构设置为减少所述核心布置内的裂纹萌生和扩展。结构系统提供了多个结构板的系统，这些结构板连接在一起以在不同应用中使用。

图1显示了结构板100的一种实施方式。结构板100包括第一外部片材102和所述第二外部片材104。结构板100还包括夹在第一外部片材102和第二外部片材104之间的核心布置106。核心布置106包括邻近彼此布置的多个离散构件。离散构件的形状或结构设置为减少核心布置106内的裂纹萌生和扩展。在图1所示的实施方式中，核心布置106包括五个离散构件108a-108e。

核心布置106的结构设置为减少核心布置106内的应力集中位置。

图2显示了穿过结构板100的中间截取的结构板100的横截面。图2显示了第一外部片材102，第二外部片材104和管子108a-108e的横截面。如图2所示，第一外部片材102和第二外部片材用垂直剖面线表示，管子108a-108e用带角度的剖面线表示。

第一外部片材102和第二外部片材104的形状为矩形。如图2所示，第一外部片材102和第二外部片材104的厚度为0.2mm至0.7mm之间。第一外部片材102和第二外部片材104在整个片材上具有恒定厚度。在图所示的实施方式中，第一外部片材102和第二外部片材的厚度为0.5mm。第一外部片材102和第二外部片材104的尺寸彼此相同。在替代实施方式中，外部片材中的一个可以比另一个厚。在一种示例性替换实施方式中，第二外部片材10的厚度至少是第一外部片材102的1.5倍。在另一种替换实施方式中，第一外部片材102比第二外部片材104厚。

第一外部片材102和第二外部片材104可以具有任意大小的长度和宽度。第一外部片材和第二外部片材的长度和宽度彼此相同。第一外部片材102和第二外部片材104的长度和宽度是基于结构板的用途确定的，例如，与建筑结构相比，飞机结构中使用较小的结构板。

图1所示结构板100的核心布置106包括离散构件108a-108e，离散构件108a-108e为细长的管子。管子108a-108e的长度彼此相同，并且形状为圆柱形。

图2显示了管子108a-108e的横截面。如图2所示，管子108a-108e具有圆形横截面。管子108a-108e的横截面直径为0.5mm至5.5之间。管子108a-108e的壁厚范围为0.15mm至0.6mm。管子108a-108e围绕整个横截面具有恒定壁厚。如图2所示，管子108a-108e的横截面直径为3mm，壁厚为0.35mm。管子108a-108e的横截面直径至少是壁厚的两倍。在图2所示的实施方式中，管子108a-108e的横截面直径是管子壁厚的6倍。

第一外部片材102，第二外部片材104由金属或合金形成，从而提供硬度，刚度和机械强度。管子108a-108e由金属或合金形成，从而提供硬度，刚度和机械强度。优选地，第一外部片材102，第二外部片材104和核心布置106的管子108a-108e由铝或铝合金形成。两个外部铝片102，104和铝管108a-108e由“o”退火状态的1100铝合金形成。可以使用其他金属，例如钢或不锈钢形成结构板100的元件。

离散构件108a-108e通过粘合剂附加到第一外部片材102和第二外部片材104上。粘合剂沿着管子以斑点形式施用。粘合剂斑点的直径为0.5mm至3.5mm，并且粘合剂斑点均匀地隔开。粘合剂斑点之间的间隔为3mm。图2显示了管子108a-108e上的粘合剂斑点110。粘合剂斑点110显示为实心的深色斑块。为了清楚起见，只标出了某些粘合剂斑点。

可以使用丙烯酸基粘合剂将管子108a-108e互相结合，并结合至第一外部片材102和第二外部片材104。或者，管子可以只与外部片材102和104结合，而管子不互相结合，条件是该设计的强度足以承受针对特定应用的预期负荷。一种示例性粘合剂是乙基2-氰基丙烯酸酯，以1mm直径的粘合剂斑点的形式施用，斑点与斑点之间的间隔为3mm。可以使用其他丙烯酸基粘合剂。或者可以使用适于将金属，例如铝或不锈钢结合在一起的任意其他粘合剂。

图3显示了结构板200的另一种实施方式，结构板200包括第一外部片材202和所述第二外部片材204。结构板200还包括核心布置206，核心布置206包括邻近彼此布置的多个离散构件。离散构件的形状或结构设置为减少核心布置206内的裂纹萌生和扩展。

如图3所示，核心布置206包括多个离散构件层。核心布置206包括至少第一离散构件层206a和至少第二离散构件层206b，第一离散构件层堆叠在第二离散构件层之上。

图3所示实施方式显示，离散构件为细长的中空管子。在图3所示实施方式中，核心布置206包括两层细长的中空管子。如图3所示，核心布置206的第一层206a包括五个细长的中空管子208a-208e。如图所示，核心布置206的第二层206b包括五个细长的中空管子208f-208j。第一层管子208a-208e布置为垂直于第二层管子208f-208j。第一层管子208a-208e相对于第二层管子208f-208j中的管子以横向或垂直布置设置。在图3所示实施方式中，第一层206a中的管子的尺寸和物质结构与第二层206b中的管子相同。

图4显示了结构板200的第二种实施方式的横截面。图4显示了图3所示结构板200的横截面。横截面是沿着结构板200的中间截取的。

第一外部片材202和第二外部片材204是矩形片材。图3所示第一外部片材202和第二外部片材204的尺寸彼此相同。第一外部片材202和第二外部片材204的厚度为0.2mm至0.7mm之间。优选地，图4所示第一外部片材202和第二外部片材204的厚度为0.5mm。

图4显示了图3所示实施方式的双层或两层核心布置206的横截面。图4显示了核心布置中第一层206a中的管子208a-208e的横截面的端部。图4还显示了管子208h的长度方面横截面。图4中的横截面视图显示了第一层管子和第二层管子的横向布置。核心布置的第一层206a中的管子的横截面直径为0.5mm至5.5mm。核心布置的第二层206b中的管子的横截面直径为0.5mm至5.5mm。在图4所示实施方式中，第一层206a中的管子208a-208e和第二层206b中的管子208f-208j的横截面直径为1.6mm。

第一层206a中的管子208a-208e的壁厚为0.15mm至0.6mm之间。第二层206b中的管子208f-208j的壁厚为0.15mm至0.6mm之间。在图4所示实施方式中，第一层206a中的管子208a-208e和第二层206b中的管子208f-208j的壁厚为0.35mm。

第一外部片材202，第二外部片材204和核心布置206中的管子208a-208j由金属或合金形成。在一种实施方式中，图3和图4所示的结构板200由铝或铝合金形成。优选地，结构板200的所有组件由相同材料形成。在一种实施方式中，第一外部片材202，第二外部片材204和第一层206a中的管子208a-208e和第二层206b中的管子208f-208j都由铝合金形成。铝合金为“o”退火状态的1100合金。可以使用其他金属，例如钢或不锈钢形成结构板200的元件。

离散构件208a-208j彼此附接并与第一外部片材202和第二外部片材204附接。根据图3和图4所示的实施方式，管子208a-208e互相附接，与第一外部片材202附接，并与第二层206b中的管子208f-208j附接。根据图3和图4，管子208f-208j通过粘合剂互相附接，与第二外部片材204附接，并与第一层206a中的管子208a-208e附接。管子208a-208j通过粘合剂互相附接，并与第一外部片材202和第二外部片材204附接。或者，管子可以只与外部片材202和204结合，而不互相结合，条件是该设计的强度足以承受针对特定应用的预期负荷。粘合剂以斑点210的形式施用，斑点210的直径为0.5mm至3.5mm之间，粘合剂斑点之间具有均匀间隔。图4以深色斑点显示了施用到管子和片材上的粘合剂斑点210。图4显示了粘合剂斑点210，为了清楚起见，只标出了三个粘合剂斑点。在图3和图4所示实施方式中，粘合剂斑点210以1mm直径的粘合剂斑点的形式施用，斑点之间的间隔为3mm。用于结合管子和外部片材的粘合剂的一个例子是乙基2-氰基丙烯酸酯。还可以使用其他丙烯酸基粘合剂来结合管子和外部片材。

结构板100和200由标准铝成形工艺形成。结构板100，200的外部片材通过轧制技术或任意其他合适的成形工艺形成。包括核心布置的管子可以通过任意合适的成形工艺形成，例如拉拔或挤出工艺，或任意其他合适的管子成形工艺。可以使用标准的铝成形工艺形成结构板100和200。结构板100和200的生产成本低于现有技术结构板，例如蜂窝结构板的生产成本。铝是一种坚硬，质量轻的廉价金属。此外，铝的制造工艺是众所周知的。使用公知的铝制造工艺形成结构板100和200，因此制造成本较低。

图5显示了结构系统500的一种实施方式，结构系统500包括利用一个或多个耦合器耦合在一起的多个结构板。图5显示了结构系统500，结构系统500包括第一结构板502和第二结构板504。第一结构板502和第二结构板504通过多个耦合器508耦合在一起。所示的结构系统500包括五个耦合器508a，508b，508c，508d和508e。

结构系统500内的每个结构板502，504可以和前述结构板中的任意一种类似。例如，结构系统500中的结构板可以构造为和结构板100或200类似。结构板504包括第一外部片材和第二外部片材，以及夹在第一外部片材和第二外部片材之间的核心布置。核心布置包括多个离散构件，离散构件的形式为细长的管子。离散构件的形状或结构设置为减少核心布置内的裂纹萌生和扩展。

图5所示实施方式包括多个耦合器。在所示实施方式中，结构板500包括五个耦合器。耦合器508a-508e各自的形状为细长的管子。耦合器508a-508e是中空的细长管子。或者，耦合器508a-508e可以是实心的细长管子。耦合管508a-508e将第一结构板502和第二结构板504连接在一起以形成结构系统500。耦合器管508a-508e分别和每个结构板502，504的核心布置内的管子相对应并对齐。

耦合管508a-508e各自具有圆形横截面。耦合管508a-508e各自为圆柱形。耦合管508a-508e各自的外横截面直径小于结构板502，504各自的核心布置中的每个管子的内径。耦合管508a-508e分别插入到第一结构板502的核心布置内的管子中，并插入到第二结构板504的核心布置内的管子中。耦合管508a-508e粘附或结合到核心布置内的每个管子上。耦合管508a-508e可以通过不需要施加压力的粘合剂结合或粘附。粘合剂的一个例子是丙烯酸基粘合剂，例如乙基2-氰基丙烯酸酯。乙基2-氰基丙烯酸酯以斑点形式施用。

粘合剂以斑点形式施用在耦合管的外圆周上，例如每个耦合管的外圆周粘附到结构板的核心布置内的对应管子的内表面上。粘合剂可以斑点形式施用，斑点的直径为1mm，粘合剂斑点之间具有均匀间隔。间隔可以为3mm。在其他实施方式中，粘合剂斑点可以具有较大直径，并且粘合剂斑点之间具有较大间隔。耦合管508a-508e将两个结构板502，504线性地连接在一起以形成线性的结构板。

可以利用多个结构板形成参考图5描述的结构板500。通过使用额外的耦合器将额外的结构板和其他结构板连接在一起，可以向结构系统添加额外的结构板。

结构系统500和其组件由金属或合金形成。在图5所示的实施方式中，第一结构板502和第二结构板可以由金属或合金形成。第一结构板502和第二结构板504可以由铝形成，例如“o”退火状态的1100铝合金。或者，第一结构板502和第二结构板504可以由不锈钢或钢形成。耦合管508a-508e由金属或合金形成。在图5所示的实施方式中，耦合管由铝或铝合金形成。在一种实施方式中，用于形成耦合管508a-508e的铝为“o”退火状态的1100合金。或者，耦合管508a-508e可以由钢或不锈钢或任意其他合适材料形成。结构系统500的结构板502和504可以通过和结构板100和200类似的工艺形成。

图6显示了结构系统的另一种实施方式。图6所示的耦合系统600是直角结构系统600。结构系统600包括第一结构板602和第二结构板604。结构板包括第一外部片材和第二外部片材，以及夹在外部片材之间的核心布置。核心布置包括多个离散构件，离散构件的形式为细长的中空管子。每个结构板的核心布置由圆柱形的中空管子组成。在所示实施方式中，每个结构布置在核心布置中包括五个管子。第一结构板602和第二结构板604的结构与结构板100或200类似。

如图6所示，第一结构板602布置为和第二结构板604形成直角。第一结构板和第二结构板通过一个或多个耦合器耦合在一起。每个耦合器是在第一结构板和第二结构板之间延伸的单独的不同元件。在图6所示实施方式中，系统600包括五个耦合器608a-608e。各个耦合器的形式为细长的圆柱形管子。耦合管608a-608e各自对应于第一结构板602的核心布置内的管子和第二结构板604的核心布置内的管子。

耦合管608a-608e可以包括耦合管608a-608e本体内的带角度部分或弯曲部分。该带角度部分或弯曲部分允许耦合管跨越两个平面或跨越拐角。图6所示实施方式显示了耦合管608a-608e中的弯曲部分610。图6所示实施方式中的弯曲部分610为90°弯曲部分。还可以预期其他弯曲角度。耦合管608a-608e将互相呈直角定位的两个结构板耦合在一起。图6显示了和第二结构板604呈直角的第一结构板602。第一结构板602沿着第一水平平面定位，第二结构板604沿着垂直平面定位。水平平面和垂直平面呈直角。直角的耦合管608a-608e将第一结构板和第二结构板连接在一起。

耦合管608a-608e各自的外径小于构成每个结构板602，604的核心布置的管子的内径。耦合管608a-608e各自对应于耦合布置中的管子。耦合管608a-608e各自布置为插入到第一结构板602的核心布置内的管子中，并插入到第二结构板604的核心布置内的管子中。耦合管608a-608e将结构板对齐，因此各个核心布置内的管子对齐。

使用丙烯酸基粘合剂将耦合管608a-608e粘附或结合至各个核心布置中的对应管子。粘合剂以均匀隔开的斑点形式施用，斑点的直径大约为1mm。粘合剂斑点的直径可以为0.2mm至2.5mm。粘合剂斑点以3mm的间隔彼此隔开。在替代实施方式中，斑点可以0.5mm至5mm之间的间隔隔开。粘合剂的一个例子是乙基2-氰基丙烯酸酯。可以使用其他丙烯酸基粘合剂将耦合管608a-608e结合至第一结构板的核心布置内的各个管子和第二结构板的核心布置内的各个管子。

结构系统600还包括第一盖子612和第二盖子614。第一盖子612也可以称作上盖，第二盖子614也可以称作下盖。上和下是参考图6限定的。第一盖子或上盖612位于系统的上侧或顶侧。第二盖子或下盖614位于系统的下侧或底侧。第一盖子612和第二盖子614位于耦合器608a-608e的弯曲部分610处。第一盖子612和第二盖子614提供护套或外壳以将弯曲部分610隐藏在耦合器608a-608e内。第一盖子612和第二盖子614由金属或合金形成。在图6所示的实施方式中，第一盖子612和第二盖子614由铝或铝合金形成。一种示例性材料是“o”退火状态的1100铝合金。

结构系统600的结构板602和604可以由金属或合金形成。耦合器608a-608e可以由金属或合金形成。在图6所示的实施方式中，第一结构板602和第二结构板以及连接器由铝或铝合金形成。在一种实施方式中没第一结构板602和第二结构板604以及耦合器608a-608e由“o”退火状态的1100铝合金形成。或者，结构系统600及其组件可以由其他金属或合金，例如不锈钢或钢形成。结构系统600的结构板602和604可以和前述结构板100或200以类似方式构造或制造。

前述结构板100是有利的，因为核心布置106包括离散构件108a-108e。离散构件是邻近彼此布置的单独元件。这种核心布置是有利的，因为它降低了裂纹萌生和扩展的可能性。管子形状的离散构件减少或消除了核心布置106内的锐角位置。这样就减少了应力集中提高位置的数量。此外，核心布置内离散或单独管子108a-108e的存在降低了内部核心布置内萌生了裂纹的情况下裂纹扩展的风险。这是因为如果萌生了裂纹，裂纹易于向外部片材扩展以继续其路径，而不是穿过内部核心，通过日常检查容易检测到外部片材上的裂纹。相反，已知的核心布置，例如蜂窝核心是单个刚性块，该刚性块为裂纹提供在核心内扩展的连续路径。核心布置106的单独且分开的管子108a-108e不允许核心布置106内裂纹扩展的连续路径。发明人的观察表明，如果管子互相结合，则可能存在裂纹扩展的连续内部路径。但是，如果管子只与外部片材结合而不是互相结合，则不会存在任何连续内部路径。因此，在管子只与外部片材结合，并且应力计算和产品测试能够展示出该结构足以承受针对其特定应用的预期负荷的实施方式中，这种示例性结构还能够消除裂纹扩展的任何内部路径。

无论如何，管子与外部片材结合或彼此结合的两种示例性结构都不太可能允许内部裂纹扩展，因为裂纹在外部片材上继续扩展要容易的多。内部成核的裂纹最终将扩展至外部片材，在定期检查期间很容易就可以检测到，因此防止隐伏的故障。另一个优点是内部管子元件还可以用作布线或通风目的的管道。

前面参考图2描述的结构板200也是有利的，因为核心布置206包括多个离散的单独构件208a-208j。结构板200是有利的，因为核心布置206不允许连续的内部裂纹扩展。结构板200还包括粘合剂以将离散构件208a-208j结合在一起。结构板200包括核心布置，该核心布置包括堆叠在彼此上方的多层单独的管子208a-208j。第一层管子208a-208e布置为横向于第二层管子208f-208j。这种布置允许设计人员根据特定应用定制板材的性能。例如，可以基于结构板的应用定制外部片材或核心布置的管子的尺寸。

结构尺寸(管子直径，壁厚，表面片材厚度等)和粘结间隔取决于应用要求，必须通过应力分析和大量产品测试来确定。在详细的应力分析和大量产品测试之后，在正常操作条件下最终产品中不应该产生裂纹。

如果在管子和管子的连接处，或者在管子和外部片材的连接处存在材料缺陷，则可能产生裂纹。本结构板的结构防止裂纹通过结构板扩展，因为结构板包括多个离散的单独元件。与萌生裂纹之后继续通过内部核心扩展不同，本结构板中裂纹的扩展会要求另一个相邻连接处存在裂纹成核。结构板设计有大的安全系数，因此结构板的不同元件中的连接设计为低于标准操作条件下的屈服点。就此而言，连接处的裂纹萌生只有在材料缺陷也刚好位于连接处的情况下才会发生。对于随机出现的材料缺陷而言，这是极不可能发生的。因为不存在通过内部核心的连续裂纹扩展，因此潜伏故障的风险被最小化，并且归功于包括离散元件的结构板，裂纹扩展的可能性降低。

分别参考图5和图6描述的结构系统500和600是有利的，因为这些系统包括在至少两个结构板之间延伸的耦合管。耦合管减少了裂纹扩展，因为每个耦合管是单独的元件，一个耦合管内的任何裂纹不允许跳至或传递至相邻的耦合管。裂纹将沿着更加容易的路径在外部片材上扩展，在外部片材上容易检测到裂纹。结构系统500和600还具有和结构板100和200类似的优点，因为结构系统包括结构板，结构板的离散构件是系统500或600中每个组成结构板的核心布置的一部分。

在替代实施方式中，核心布置106的离散构件可以由和铝不同的材料形成。在某些替代实施方式中，核心布置106的离散构件108a-108e可以由钢或不锈钢，或任意其他合适的材料形成。在其他替代实施方式中，离散构件108a-108e可以由其他刚性材料形成，所述刚性材料减少裂纹萌生和扩展。类似地，核心布置206内的离散构件208a-208j可以由其他材料形成，例如钢或不锈钢。在另一种替代实施方式中，离散构件208a-208j可以由非金属材料形成。在替代实施方式中，结构系统500和其组件可以由其他材料形成。

其中在上述描述中已经参考整体或具有已知的它的等效物的部件，这些整体或部件如同单独提出一样结合在此。

本发明还涉及一种用于形成结构板的方法。结构板包括至少一对外部片材，外部片材之间夹有核心布置。核心布置包括夹在第一外部片材和第二外部片材之间的多个管子。用于形成结构板的方法包括：提供第一外部片材；提供第二外部片材；提供核心布置，所述核心布置包括多个管子，管子彼此结合，并且管子结合至第一外部片材和第二外部片材(或者，管子可以只与外部片材结合，而不互相结合，条件是该设计的强度足以承受针对特定应用的预期负荷)，并且其中结构组件和核心布置的结构设置为减少核心布置内的应力集中位置的数量，多个管子的形状和结构设置为向所述结构板提供机械强度，并且所述结构板基本上是抗裂纹扩展的。方法还包括：形成所述第一外部片材；形成所述第二外部片材；以及形成所述多个管子。方法包括将所述多个管子中的每一个与一个或多个相邻的管子结合、将所述多个管子中的每一个与所述第一外部片材结合、以及将所述多个管子中的每一个与所述第二外部片材结合。管子可以通过拉拔，轧制，或回转或其他合适的方法形成。在某些配置中，第一外部片材和第二外部片材通过轧制工艺形成，并且管子通过拉拔或挤出工艺形成。

本领域技术人员明白，在不偏离本发明的精神或范围的前提下，可以对这里描述的特定实施方式进行诸多改变和/或修改。因此，本发明的实施方式在所有方面都应该理解为是说明性的，而非限制性的。虽然根据某些实施方式对本发明进行了描述，但是对于本领域技术人员显而易见的其他实施方式也落入本发明的范围内。因此，在不偏离本发明的精神和范围的其他下，可以对本发明做出各种变化和修改。例如，可以根据需要对不同组件重新定位。此外，并非必需所有的特征，方面和优点才能实施本发明。因此，本发明的范围仅由权利要求限定。

本说明书中对任何现有技术的提及不是、并且不应被视为现有技术形成了世界上任何国家中的公知常识的一部分的认可或任何形式的提议。