一体成型的蜂窝板具有良好的变 形耗能以及抵抗动荷载或疲劳荷载的作用。
[0031] 蜂窝板的模型示意图如图1，2所示。本说明书中的蜂窝板尺寸依据建筑行业中大 跨屋盖结构设置，采用材料为7075铝合金，在每个格栅交汇处都设置圆筒。详细尺寸见表 1和表2。其中R，r分别指正六边形内切圆半径、小柱半径；T，t分别指圆筒厚度、蜂窝壁厚 度；H，h分别指蜂窝板整体高度和芯层高度；B，L分别指蜂窝板的宽度和长度。
[0032] 表1蜂窝板压缩模型尺寸（单位mm)
[0034] 表2蜂窝板弯曲模型尺寸（单位mm)
[0036] 使用非线性功能十分强大的有限元分析软件ABAQUS对传统蜂窝板（模型1)和圆 筒蜂窝板（模型2)进行压缩和四点弯曲试验模拟。通过对蜂窝板施加位移荷载，速度为 0.lmm/min，得到两种蜂窝板的荷载一位移曲线。其中压缩试验根据以上数据算出的抗压刚 度和压缩强度来说明圆筒蜂窝板与传统蜂窝板的压缩性能；四点抗弯试验的模拟跨距统一 为210mm，荷载加载位置在跨距的三等分点处。根据以上数据算出蜂窝板的比强度与抗弯强 度来说明圆筒蜂窝板与传统蜂窝板的弯曲性能。在蜂窝板建模时已保证两种蜂窝板芯层与 面板的体积相同，故而上述四个性能指标均是在两种蜂窝板同质量、同体积的情况下比较 的，除了芯层结构之外，其他因素均相同，因此更具有代表性。
[0037]通过ABAQUS解析（见图3压缩模型），以0. lmm/min的速度沿着垂直蜂窝板面的 方向对蜂窝板加位移荷载并将蜂窝板底板固定，取荷载一位移曲线如图4所示，并根据公 式1，2计算压缩状态下的抗压刚度和抗压强度。
[0040] 式中：K一抗压刚度，单位N/m
[0041] F-弹性变形的荷载最大值，单位N
[0042] D-弹性变形的最大位移，单位m
[0043] A-蜂窝上面板面积，单位m2
[0044] σ-压缩应力，单位Pa
[0045] F_-压缩时的最大荷载值，单位N
[0046] 抗压刚度是指物体在外力作用下抵抗压缩变形的能力，由使其产生单位变形所需 的外力值来量度。本次解析中抗压刚度值等于荷载一位移曲线上线性部分的斜率。抗压强 度是指物体在外力作用下抵抗压缩破坏的能力，其中F_取得是压缩时的最大荷载。
[0047] 表3压缩试验数据
[0049]图4为有限元软件解析得到的荷载一位移曲线图。并以此算出圆筒蜂窝板与传统 蜂窝板的抗压刚度与抗压强度。由表3可得，圆筒蜂窝板的上述两项指标分别比传统蜂窝 板提高15. 0%，13. 9%。并且由图4可得，当两种蜂窝板达到极限荷载后，圆筒蜂窝板的曲 线下降幅度比传统蜂窝板小很多。当位移达到0. 5mm时，两种蜂窝板能承受的荷载值相差 45%。说明圆筒蜂窝板即使发生了较大位移，相对于传统蜂窝板来说依然能够承受较大的 荷载。
[0050] 通过ABAQUS解析（见图5弯曲模型），以0. lmm/min的速度沿着垂直蜂窝板面的 方向对蜂窝板加位移荷载，取荷载一位移曲线如图6所示，并根据公式3, 4计算弯曲状态下 弹性范围内的比强度以及破坏时的抗弯强度。
[0053] 式中：S-比强度，单位N·m/kg
[0054]P-弹性变形的荷载最大值，单位N
[0055]
一蜂窝板等效密度，单位N·m/kg;其中tf为面板厚度，δ。为 蜂窝壁厚度，a为单个蜂窝壁长度，h蜂窝芯层高度，Pf蜂窝板材料密度，由于两种蜂窝板 的芯层体积相同，因此P取相同的值
[0056] 〇 -弯曲应力，单位Pa
[0057]F_-受弯时总的最大荷载，单位N
[0058] B-蜂窝板宽度，单位m
[0059] Η-蜂窝板高度，单位m
[0060] 比强度是指在质量相当的情况下结构的承载能力，其值越大，表示性能越好。由于 两种蜂窝板最主要的不同体现在弹性阶段，如图6所示，曲线中的黑点表示传统蜂窝板和 圆筒蜂窝板由弹性阶段进入塑性阶段的转折点。可以看出：传统蜂窝板在弯曲变形时的弹 性应变量为4. 8%，而圆筒蜂窝板则为7. 3%。即圆筒蜂窝板的弹性变形能力是传统蜂窝板 的1. 5倍。意味着圆筒蜂窝板除了拥有更好的抗弯性能之外，还具有良好的变形耗能和抵 抗动荷载的能力。故而比强度中的荷载取弹性变形时的荷载最大值。抗弯强度是指物体在 外力作用下抵抗弯曲破坏的能力，取破坏时的荷载最大值。
[0061] 表4弯曲试验数据
[0063]图6为有限元软件解析得到的荷载一位移曲线图。并以此算出圆筒蜂窝板与传统 蜂窝板在弹性状态下的比强度以及破坏时的抗弯强度。由表4可得，圆筒蜂窝板的上述两 项指标分别比传统蜂窝板提高41. 7%，12.0%。由上述比较可明显得出：圆筒蜂窝板相对 于传统蜂窝板有更好的抗弯性能。更重要的是，圆筒蜂窝板拥有更好的弹性变形能力。可 以预见，该蜂窝板在动力学上的性能（抗疲劳能力、抗变形能力、抵抗震动荷载的能力等） 将会有卓越的表现。
【主权项】
1. 一种蜂窝夹层板，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。2. 根据权利要求1所述的蜂窝夹层板，其特征在于：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。3.根据权利要求1或2所述的蜂窝夹层板，其特征在于：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。4.根据权利要求1或2所述的蜂窝夹层板，其特征在于：所述圆筒由分别固定于每个 蜂窝栅格内的圆弧片构成。5.根据权利要求1或2所述的蜂窝夹层板，其特征在于：所述圆筒与所述蜂窝栅格一 体成型。6. 根据权利要求1所述的蜂窝夹层板，其特征在于：所述上面板为平面板或曲面板。7.根据权利要求1所述的蜂窝夹层板，其特征在于：所述下面板为平面板或曲面板。
【专利摘要】本发明公开了一种蜂窝夹层板，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，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。本发明夹层板结构有效增强了蜂窝板的抗压性能，抗弯性能以及弹性变形性能。最终可得到重量轻、强度高的夹层板，适用于建筑大跨屋顶、外墙结构、汽车以及航空航天等领域。
【IPC分类】B32B1/00, B32B33/00, B32B3/12
【公开号】CN105398100
【申请号】CN201510976402
【发明人】张晓明, 陈锦祥, 谢娟, 李敏
【申请人】东南大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月23日