一种蜂窝夹层板的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种蜂窝板，属于中空板材加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 在节能环保已经成为产品主要评价指标的今天，新型轻型结构的研究受到人们的 重视。蜂窝夹芯板以其重量轻、刚度大、可设计性强等特点成为航空、航天、铁路、汽车、建筑 等领域不可缺少的结构之一。由于一开始制作成本较高，上世纪50年代起主要用于航空航 天领域。后随着科技进步，工艺方法的改进逐渐应用到其他工业领域。制作蜂窝板的材料有 纸质、复合材料、金属等。蜂窝板轻质高强的特点主要由于其中间芯层为薄壁结构。但自蜂 窝板使用以来，可能是因为蜂窝壁薄已经很薄（如铝的，纸质的，有的在0.01毫米以下），对 于薄壁蜂窝结构几乎没有改进，有改进的大多是新型复合材料的蜂窝板，如手征蜂窝板，一 体化蜂窝板。因此，几十年来薄壁蜂窝芯结构，基本是单纯的蜂窝芯层结构，或者只是六边， 方格等形状的变化，或尺寸大小的变化，而几乎没有对蜂窝芯的结构进行改进，从而导致其 各项力学性能没有提高，没有紧跟现代科技的发展、开拓出蜂窝板更大的应用潜力。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，受一些生物的蜂窝 结构中存在小柱一它的外层为纤维，芯层为蛋白质的启发，提炼出蜂窝一圆筒结构模型，并 通过计算验证，提供一种在相同质量下力学性能更优的蜂窝板。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0005] -种蜂窝夹层板，包括上面板、下面板以及中间的蜂窝格栅，所述蜂窝格栅为六边 形、四边形或三角形栅格，其特征在于：在所有蜂窝格栅的每个角内设置有圆弧片，公用一 个边的所有蜂窝栅格上的以该公用边为顶点的角内的圆弧片连接成一个圆筒，该圆筒的端 面与圆筒所在位置的蜂窝栅格的端面平齐并连成一体。且栅格的边长和内接圆的直径均可 根据实际工程的需求而改变。
[0006] 所述圆筒的半径是所述蜂窝栅格边长的1/4~1/2,所述圆筒的厚度是所述蜂窝 栅格厚度的0.5~2倍。具体倍数根据实际工程取用。
[0007] 在所述圆筒的一端设置有用于所述蜂窝栅格的边插入的第一卡槽，在所述蜂窝栅 格的边上设置有用于所述圆筒插入的第二卡槽。
[0008] 所述圆筒由分别固定于每个蜂窝栅格内的圆弧片构成。
[0009] 所述圆筒与所述蜂窝栅格一体成型。
[0010] 所述上面板为平面板或曲面板。
[0011] 所述下面板为平面板或曲面板。
[0012] 本发明蜂窝夹层板是一种中间为多边形格栅的夹层强化板。包括上面板、下面板 以及中间层格栅。在所有格栅交汇处，均设置有以交汇线为中心、与蜂窝格栅固连于一体的 圆筒，该圆筒的端面与圆筒所在位置的蜂窝栅格的端面平齐并连成一体，且栅格的边长和 内接圆的直径均可根据实际工程的需求而改变。圆筒亦可以根据实际工程选择在每个多边 形格栅中设置一个或多个。多边形格栅结构可以是正六边形格栅，也可以是其他多边形，并 由这些格栅紧密排列而成。蜂窝状是其中的一种结构形式。制作蜂窝板的材料可以根据实 际工程需求采用金属、纸质等。由上述可知，用带有圆筒的蜂窝结构制造成的夹层板相比于 传统夹层板，可明显提高其抗压性能，抗弯性能以及弹性变形性能，是一种重量轻，强度高 的仿生结构。实际上，很多蜂窝板中间芯层的蜂窝壁厚度相对于面板来说是较薄的。而本 发明可以提高传统蜂窝板的力学性能，特别是薄壁蜂窝板。因此本发明具有很广的应用前 景。可用于建筑大跨屋顶、外墙结构、船舶、汽车以及航空航天等领域。
[0013] 本发明在蜂窝壁交汇处设置圆筒结构，该结构起到以下三个强化作用：1、圆筒结 构相对于等截面的蜂窝壁具有更好的力学性能；2、圆筒结构提高了蜂窝面板的平面外约 束，增强了面板本身的抗弯性能；3、圆筒结构对与其连接的蜂窝壁及蜂窝壁交汇处产生约 束，从而提高蜂板的力学性能。所以本发明蜂窝夹层板可以有效提高蜂窝板的抗压性能，抗 弯性能以及弹性变形性能等各项力学性能指标。申请人对上述圆筒一蜂窝板结构进行三维 有限元解析得，在蜂窝板质量和体积相同的条件下，圆筒一蜂窝板结构的各项力学性能相 较于传统薄壁蜂窝板平均可提高15%，部分力学性能可提高30~40%。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明结构与尺寸示意图；其中（a)透视图，（b)俯视图；
[0015] 图2为图1中芯层与底板的结构示意图；
[0016] 图3为压缩模型及压缩试验示意图；
[0017] 图4为压缩试验荷载一位移曲线；
[0018] 图5为弯曲模型及弯曲试验示意图；
[0019] 图6为弯曲试验荷载一位移曲线；
[0020] 图7为卡扣法制作圆筒蜂窝板示意图；
[0021] 图8为黏贴法制作圆筒蜂窝板示意图；
[0022] 图9为蜂窝格栅是其他多边形的情况；其中（a)蜂窝格栅为四边形，（b)蜂窝格栅 为三角形。
[0023] 其中：1为下面板；2为圆筒；3为蜂窝壁；4为上面板；5为第一卡槽；6为第二卡 槽；7为圆弧片。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图，对本发明作详细说明：
[0025] 图1所示，本发明蜂窝夹层板，包括上面板4、下面板1、中间的蜂窝格栅以及圆筒 2。在本实施例中，蜂窝格栅为正六边形格栅，正六边形格栅的每个边为蜂窝壁3。在平面 内，所有相邻正六边形均有一个公共边，所有相邻正六边形均有两个公共端点，这两个公共 端点位于公共边的两端，在相邻两格栅的两公共端点上设置有以该端点为中心、且分布在 以该端点为交点的三个六边形栅格内的圆筒结构，该圆筒的端面与连接的六边形栅格的端 面平齐，且格栅边长和内接圆直径可根据实际工程的需求而改变。上面板和下面板均可以 为平面板或曲面板。
[0026] 圆筒的半径是所述蜂窝栅格边长的1/4~1/2,圆筒的厚度是所述蜂窝栅格厚度 的0. 5~2倍。具体倍数根据实际工程取用。
[0027] 现阶段传统蜂窝板的制作方法主要有张拉法、黏贴法和一体成型三种方式。本发 明圆筒蜂窝板的制作方法在传统蜂窝板制作的基础上进行改进，现提出三种制作方法：
[0028] 1卡扣法：根据蜂窝板的尺寸要求，在蜂窝壁上预留第一^Nf5。在蜂窝壁交汇处 的圆筒2亦在相应位置预留第二卡槽7。先依据传统蜂窝板的制作方式（张拉法和粘贴法） 制成蜂窝板，然后将预制好的圆筒构件通过第二卡槽7与蜂窝板连接（如图7)。为保证其 二者共同作用，可在卡扣圆筒之前将胶水涂抹在第一卡槽和第二卡槽处以保证其连接。
[0029] 2粘贴法：蜂窝板的制作方式与卡扣式相同。不同的是制作圆筒构件时将圆筒2进 行等分处理成圆弧片8。待传统蜂窝板制作完成后，通过胶水将圆弧片8与蜂窝壁连接（如 图8)。
[0030] 3 -体成型：对于很多特殊行业或领域，例如航空航天、汽车制造、船舶以及对蜂 窝板整体性能要求比较高的行业，可使用一体成型的方法制作圆筒蜂窝板以保证其良好的 力学性能。并且根据前述对圆筒蜂窝板抗弯性能的分析，