一种类桁架夹层结构的制作方法
【专利摘要】一种类桁架夹层结构，涉及飞机结构设计技术领域，包括两层面板以及位于两层面板之间的梁式矩阵结构，梁式矩阵结构由多个相互连接的单胞组成，每个单胞由多个等长的竖直杆结构、多个等长的斜杆结构以及多个等长水平杆结构连接构成；每两个相邻的单胞之间通过共用两相邻竖直杆结构以及两斜杆结构完成周期性连接。本实用新型提供的类桁架夹层结构的单胞能承受力均匀，在承载方向上进行叠加，可承受各个方向的载荷，具有较强的承载能力和力学可设计性；稳定性较好，不易变形，因此配合异形面板，具有良好的适应性，而不损失其力学特性。
【专利说明】
一种类桁架夹层结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及飞机结构设计技术领域，具体而言，涉及一种类桁架夹层结构。
【背景技术】
[0002] 类桁架夹层结构一般由上下两层面板和中间的梁式矩阵结构组成，上下两层面板 起到分散载荷的作用，主要载荷由中间的梁式矩阵结构承受。梁式矩阵结构的单胞是一种 由直杆组成的具有三角形单元的平面或空间结构，主要由杆件承受轴向拉力或者压力，从 而充分利用材料的强度，起到节省材料，减轻自重和增大刚度的作用。
[0003] 类桁架夹层结构一般承受垂直于面板的载荷效率较高，然而缺点也很明显。当施 加不垂直于面板的载荷，或者施加不均匀的载荷，局部杆件承受较大载荷，会导致局部杆件 不承载，另一部分杆件总体失稳，从而大大损伤类桁架夹层结构的整体承载能力。
[0004]随着3D打印技术日益完善，类桁架夹层结构作为一种多功能一体化轻质结构具有 优良的面内、面外力学性能、良好的导热散热性能和较强的可设计性，近年来受到了广泛关 注。而何种类桁架拓扑布置方案最适合何种多功能设计的具体要求成为研究的热点问题。
[0005] 现在亟需解决的技术问题是如何设计一种类桁架夹层结构，以弥补上述现有技术 中存在的技术上的缺陷。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理、具 有优良的面内、面外力学性能、良好的导热散热性能和较强的可设计性的类桁架夹层结构。
[0007] 本实用新型的目的通过如下技术方案实现:一种类桁架夹层结构，类桁架夹层结 构包括两层面板以及位于两层面板之间的梁式矩阵结构，梁式矩阵结构由多个相互连接的 单胞组成;每个单胞由多个等长的竖直杆结构、多个等长的斜杆结构以及多个等长水平杆 结构连接构成;每个竖直杆结构的一端处于同一矩形面的边的交点上，且垂直于该矩形面； 每个斜杆结构的两端连接周向相邻的两个竖直杆结构异于同一平面上的两端点，形成斜杆 结构交点；水平杆结构连接同一单胞内对立的两斜杆结构交点；每两个单胞之间通过共用 两相邻竖直杆结构以及两斜杆结构完成周期性连接。根据生产的实际情况，本技术方案中 的矩形可为正方形，每个竖杆结构的长度可与该正方形的边长相等。
[0008] 上述方案中优选的是，构成梁式矩阵结构的单胞的尺寸相等，保障多个单胞结构 形成梁式矩阵结构过程中的排布的方便、准确。
[0009] 上述任一方案中优选的是，梁式矩阵结构的两个单胞共用两个竖直杆结构、两个 斜杆结构以及一个斜杆结构交点。用于直线型梁式矩阵结构的两个单胞结构之间的连接。 [0010]上述任一方案中优选的是，梁式矩阵结构的三个单胞共用一个竖直杆结构。用于 折线型梁式矩阵结构的三个单胞结构之间的连接，包括上述技术方案中直线型梁式矩阵结 构的两个单胞结构之间的连接。
[0011]上述任一方案中优选的是，梁式矩阵结构的四个单胞共用一个竖直杆结构。用于 片式型梁式矩阵结构的四个个单胞结构之间的连接，其中包括上述方案中所涉及的直线型 梁式矩阵结构的两个单胞结构之间的连接、折线型梁式矩阵结构的三个单胞结构之间的连 接。
[0012] 上述任一方案中优选的是，上述单胞以增材制造技术制造而成。
[0013] 本实用新型所提供的类桁架夹层结构的有益效果在于，结构简单，制造方便，装置 稳定性高，安全可靠，为多功能类桁架夹层结构的设计提供了备选方案，尤其适用于承受面 外法向压缩载荷的情况，单胞能承受的力都是均匀的，因此在承载方向上进行叠加，可承受 各个方向的载荷，具有较强的承载能力和力学可设计性;稳定性较好，不容易变形，因此配 合异形面板，具有良好的适应性，而不损失其力学特性。
【附图说明】
[0014] 图1是按照本实用新型的类桁架夹层结构的一优选实施例的结构示意图，其中，梁 式矩阵结构中单胞的数量为两个；
[0015] 图2是按照本实用新型的类桁架夹层结构的图1所示实施例单胞的结构示意图；
[0016] 图3是按照本实用新型的类桁架夹层结构的图1所示实施例单胞的结构俯视示意 图；
[0017] 图4是按照本实用新型的类桁架夹层结构的图1所示实施例单胞的结构侧视示意 图；
[0018] 图5是按照本实用新型的类桁架夹层结构的图1所示实施例梁式矩阵结构的结构 示意图，其中单胞的数量为4个。
[0019] 附图标记：
[0020] 1-梁式矩阵结构、2-单胞、3-竖直杆结构、4-斜杆结构、5-水平杆结构、6-面板。
【具体实施方式】
[0021]为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型 实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实 施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例 是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新 型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。 [0022]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用 新型保护范围的限制。
[0023]如图1-5所示，本实用新型提供的类桁架夹层结构，包括两层面板6以及位于两层 面板之间的梁式矩阵结构1，梁式矩阵结构1由多个相互连接的单胞2组成;每个单胞2由多 个等长的竖直杆结构3、多个等长的斜杆结构4以及多个等长水平杆结构5连接构成;每个竖 直杆结构3的一端处于同一矩形面的边的交点上，且垂直于该矩形面;每个斜杆结构4的两 端连接周向相邻的两个竖直杆结构3异于同一平面上的两端点，形成斜杆结构交点；水平杆 结构5连接同一所述单胞2内对立的两所述斜杆结构交点；每两个所述单胞2之间通过共用 两相邻竖直杆结构3以及两斜杆结构4完成周期性连接。
[0024] 上述本实用新型提供的类桁架夹层结构中，构成梁式矩阵结构1的单胞2的尺寸相 等。在直线型梁式矩阵结构1中，两个单胞2共用两个竖直杆结构3、两个斜杆结构4以及一个 斜杆结构交点。在折线形的梁式矩阵结构1中，三个单胞2共用一个竖直杆结构3。在片式梁 式矩阵结构1中，四个单胞2共用一个竖直杆结构3。
[0025] 在具体生产和使用本实用新型提供的类桁架夹层结构过程中，通过沿竖向、横向、 斜向交错布置空间杆结构构建成单胞2,将单胞2实现空间周期性排布，并与梁式矩阵结构1 的上、下面板6-起组成类桁架夹层结构，结合实际限制约束条件通过计算分析可获得满足 使用要求的最优尺寸的类桁架夹层结构。
[0026] 以下通过实验数据对本实用新型提供的类桁架夹层结构进行进一步说明。将类桁 架夹层结构的单胞2的尺寸设计为:竖直杆结构3的长度为L1，相邻两竖杆结构之间的间距 (即水平杆结构5)的长度为L 2，竖杆结构3的直径为D1，斜杆结构4的直径为D 2，水平杆结构5 的直径为D3，水平杆结构5的两端点为斜杆结构4的交点（同时为斜杆结构4的中心）。表1为 对比试验数据。
[0027] 表 1
[0029]采用相同材料时利用本实用新型设计的类桁架夹层结构与同种材料制成的 Kagome布局的夹层板进行平压算例比对，由实验结果可知，在承担相同平压载荷lN/mm2时， 本实用新型提供的类桁架夹层结构承载能力在密度相对偏小的情况下承载能力较常见 Kagome布局的夹层板高约55 %。
[0030]以上结合本实用新型的类桁架夹层结构具体实施例做了详细描述，但并非是对本 实用新型的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属 于本实用新型的技术范围，还需要说明的是，按照本实用新型的类桁架夹层结构技术方案 的范畴包括上述各部分之间的任意组合。
【主权项】
1. 一种类桁架夹层结构，其特征在于，所述类桁架夹层结构包括两层面板(6)以及位于 两层面板之间的梁式矩阵结构（1)，所述梁式矩阵结构（1)由多个相互连接的单胞(2)组成； 每个单胞(2)由多个等长的竖直杆结构（3)、多个等长的斜杆结构(4)以及多个等长水 平杆结构(5)连接构成； 每个竖直杆结构(3)的一端处于同一矩形面的边的交点上，且垂直于该矩形面； 每个斜杆结构(4)的两端连接周向相邻的两个竖直杆结构（3)异于同一平面上的两端 点，形成斜杆结构交点； 水平杆结构(5)连接同一所述单胞(2)内对立的两所述斜杆结构交点； 每两个所述单胞(2)之间通过共用两相邻所述竖直杆结构(3)以及两斜杆结构(4)完成 周期性连接。2. 如权利要求1所述的类桁架夹层结构，其特征在于：构成所述梁式矩阵结构（1)的所 述单胞(2)的尺寸相等。3. 如权利要求2所述的类桁架夹层结构，其特征在于:所述梁式矩阵结构（1)的两个所 述单胞(2)共用两个竖直杆结构(3)、两个斜杆结构(4)以及一个斜杆结构交点。4. 如权利要求2所述的类桁架夹层结构，其特征在于:所述梁式矩阵结构（1)的三个所 述单胞(2)共用一个竖直杆结构(3)。5. 如权利要求2所述的类桁架夹层结构，其特征在于:所述梁式矩阵结构（1)的四个所 述单胞(2)共用一个竖直杆结构(3)。6. 如权利要求1所述的类桁架夹层结构，其特征在于，所述单胞(2)以增材制造技术制 造而成。
【文档编号】B32B3/12GK205416531SQ201521027583
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月10日
【发明人】毕金英, 肖山, 戚岩
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所