一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构

本发明涉及一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，提供蜂窝结构设计新方法，属于新型材料结构领域。

背景技术：

1、轻量化的设计是抗爆结构的一大发展趋势。而三明治夹芯结构具有高比强度和比刚度,且具有较高的比吸能效率，在防爆、吸能、减振等方面具有优异的性能。因此，本发明设计一种三明治夹芯结构,使结构在保持防爆性能的同时满足轻量化的要求。国内外的学者对夹芯结构受到冲击时吸能机理及芯层参数对吸能的影响进行了大量研究，结果表明，夹芯结构具有质量轻，吸能性能及抗冲击能力优异的特性，是防爆装甲的理想结构。专利cn116512708a和专利cn109318542a分别发明了一种仿生功能复合夹芯抗爆结构和内凹混杂型手征超结构，复杂的结构形式使得结构在外部载荷作用下具有独特的能量吸收特性，为夹芯结构的芯层创新设计提供了大量灵感。

2、与传统蜂窝结构不同，负泊松比结构在受压时收缩，受拉时膨胀。目前以蜂窝为基础的内凹蜂窝负泊松比(chh)结构是一种特殊的多孔结构，其因抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统结构更有优势，在很多领域应用广泛，但其最大峰值应力较大且冲击载荷的一致性不足；而弧边内凹蜂窝的最大峰值应力较小且冲击载荷一致性更好，基于此，本发明设计的芯体结构以弧边内凹蜂窝为主。专利cn113459604a和专利cn116552079a分别设计了一种内凹蜂窝与正六边形蜂窝复合结构和一种抗冲击多层结构板材，使夹芯结构的吸能性能有所提升，但结构的吸能模式较为单一，能量吸收效率不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构。利用弧边蜂窝且对其进行不同方式的排列达到轻量化、吸能、抗爆的性能。

2、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，结构包括面板，底板及芯体结构，其中芯体结构在所述结构中至关重要，对于芯体结构的设计采用相同单胞阵列后分不同层排列设计，其中n层为单胞在xz平面沿x方向和z方向分别阵列而成，w层为单胞在xy平面沿x方向和y方向分别阵列而成，在三层结构中，n层和w层随机排列，三层结构可有8种不同组合方式，分别为www,nww,nnw,nnn,nwn,wnw,wnn,wwn。

3、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，胞元结构为弧边内凹蜂窝，由两侧上下直边与左右两侧向内凹的弧边组成。

4、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，要使w、n层有很好的结合，压缩模拟拟定的y方向长度l1，爆炸冲击模拟拟定y方向长度为l2，即设在y方向的长度为l；w层为在xy面上对单胞进行阵列，为使y方向上单胞完整，应满足关系式：l＝hxi+t(xi+1)，xi为y方向上阵列的单胞数量。同时，为使w层在x，y方向上单胞完整，n层与w层单胞结构的尺寸应一致。

5、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，所述的弧边内凹蜂窝结构芯体总高度h在50-80mm之间。

6、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，蜂窝单胞结构主要通过长度l、高度h、厚度t及角度θ来控制。

7、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其中，弧边内凹蜂窝单胞长度l在14-22mm，单胞高度h在14-22mm，厚度t在0.5-2.5mm，角度θ在40-80°。

8、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，上述四个参数需之间满足关系式：

9、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，单胞内进行圆角设计，使其不会产生锐角、尖角，圆弧过渡半径在0.5-2.5mm之间。

10、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，所述蜂窝结构采用金属增材或减材方法制备。

11、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，蜂窝芯体至少为三层，不同层数组合出不同结构；且参数的不同亦能组合出不同结构。

12、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，芯体结构由胞元组成，胞元与胞元之间通过加强筋连接，连接长度与胞元长度l相同。

13、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，三明治夹芯结构上板厚度在2-10mm之间，下板厚度在5-15mm之间。上下面板不同厚度组合形成不同的复合结构。

14、本发明提供的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其中结构上板、芯体结构、下板所用材料均为装甲钢。

15、较现有技术，本发明有具有以下优点：

16、本发明的弧边内凹蜂窝复合结构具有较高的刚度，有较高的承载性能。同时而弧边内凹蜂窝的最大峰值应力较小且冲击载荷一致性更好，更安全。

技术特征：

1.一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

2.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

3.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

4.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

5.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

6.根据权利要求1、2的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：蜂窝单胞结构的四个参数需之间满足关系式：

7.根据权利要求1、2、4的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

8.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

9.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

10.根据权利要求1的一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种轻量化弧边内凹蜂窝高抗爆吸能复合结构，该结构为三明治夹芯结构，其中，芯体结构为弧边内凹蜂窝，采用弧边内凹蜂窝在xy平面和xz平面以单胞阵列形成芯体结构。本发明质量轻，吸能效率高，比强度高，不同方向芯体结构与传统单一方向芯体结构相比，吸能性能有明显提升。

技术研发人员：周琦,胡美羽,李赫,王克鸿,轩禹鹏,李春杰,王睿
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15