專利名稱：一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種夾層板構(gòu)造，尤其涉及一種中間為多邊形柵格的夾層板構(gòu)造。
背景技術(shù)：
將蜂窩形結(jié)構(gòu)置于兩塊板之間，用于加強板結(jié)構(gòu)強度已經(jīng)在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，它可以在減少使用材料的同時，保持較好的整體結(jié)構(gòu)強度。為了進(jìn)一步提高蜂窩形結(jié)構(gòu)，在承受壓力、抵抗扭曲及其上下夾層中的層間的抗剝離強度，本人從仿生學(xué)的角度出發(fā)，通過對甲蟲前翅的解剖，用材料力學(xué)的觀點，潛心研究了甲殼類昆蟲其翅膀的生物結(jié)構(gòu)，從中得到不少啟發(fā)，特別通過對甲殼蟲前翅結(jié)構(gòu)的解剖研究，其上下層之間的夾層中具有類似蜂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，尤其注意到在網(wǎng)狀的交接處巧妙地布有小柱，以強化其翅膀結(jié)構(gòu)。
下面是本發(fā)明人通過對活甲殼蟲的前翅進(jìn)行剝離實驗，電子顯微鏡觀察及有限元解析，建立了數(shù)學(xué)模型(見附圖6)。對其結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行了計算，現(xiàn)舉剝離實驗結(jié)果如下前翅剝離實驗曲線模型的構(gòu)成式如下F(δ)＝Fl(δ)+Fl(δ)…………………(1)F(δ)前翅剝離實驗時剝離(拉伸)時的張力
Fl(δ)前翅剝離實驗時沒有小柱地方的剝離張力，也就是說，為纖維層間的剝離張力Fl(δ)前翅剝離實驗時有小柱地方的剝離張力圖8為試驗片中小柱單列，較疏排列時，小柱一根被拉斷后，經(jīng)過層間剝離層后，再拉斷下一根小柱的理想情況模型，實際上試驗片寬度約為2mm此時小柱為多列排列，有時有多根小柱被同時拉起的情況，由于小柱被相互重疊地拉起，以上鋸齒形也相互重疊，得到的是如圖9所示實驗結(jié)果。
由圖9及上述模型可以作如下推論層間剝離張力不可能比該圖中的波谷值大。因此，可以將曲線中最深處的波谷值近似看成層間剝離張力。于是有下式成立。
Fl(δ)≤Fmin0＝Min{Fj0(δ)}…………(2)也就是說，(2)式說明Fl(δ)的取值范圍。Fmin0可以σb‾=Σi=1n[Fj1-Fl(δ)]/nΣi=1nSi/n··········(3)]]>計算了小柱的平均強度 為所有柱子的平均剝離張力/所有柱子的平均面積Fj1(j＝1，2，…，n，小柱的根數(shù)，)為小柱的剝離張力Fl(δ)纖維層間的剝離張力Sj小柱中被剝離的纖維層的面積，因為纖維層為主要受力體(見附圖7)。
面積Sj由下式求得(中間的部分為蛋白質(zhì)，可不考慮)
Sj＝Tj(dj1-Tj)π…………………(4)據(jù)此可以求得小柱的最大和平均強化倍數(shù)λl=σb‾/Fl(δ)TiB≅29········(5)]]>小柱的鋸齒頂部值的平均剝離張力和層間(沒有小柱的)平均剝離張力之比為局部最大比。
λ(δ)=F(δ)Fl(δ)≥F(δ)Fmin0·······(6)]]>小柱強化后的強化倍數(shù)實驗結(jié)果每一點上的剝離張力F(δ)和纖維層間的剝離張力的比。
λm≥∫δ1δ2F(δ)dδ∫δ1δ2Fmin0dδ=∫δ1δ2F(δ)dδFmin0·(δ2-δ1)·······(7)]]>小柱強化后的強化倍數(shù)對于某一個實驗結(jié)果的平均值。分子為剝離實驗圖中的曲線下面的面積，分母為Fl(δ)下長方形的面積。對于10個試驗片，求得的平均值為3.2倍。
由上計算及根據(jù)本結(jié)構(gòu)的特征可得出如下結(jié)倫1，抗壓強度好 由于小柱直徑比蜂窩壁厚大數(shù)倍，小柱與上下層的的連接是圓滑過渡連接，有效地減少了應(yīng)力集中?？纱蟠筇岣呖箟簭姸取?br> 2，抗扭曲能力得到增強。
3，如果整個蜂窩結(jié)構(gòu)和小柱是如圖所示的纖維制成，其上層或下層層間的抗剝離強度局部約可提高30倍，平均也能提高3倍左右。
于是本發(fā)明人發(fā)明了一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)產(chǎn)品后將使其結(jié)構(gòu)強度大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種中間為多邊形柵格的夾層板，該技術(shù)方案是一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，包括上夾板、下夾板、中間層?xùn)鸥?，沿著柵格壁的交匯處設(shè)有加強柱。所述的加強柱在一個多邊形柵格結(jié)構(gòu)單元中的分布可以是一個或幾個，但小于等于多邊形的邊數(shù)，加強柱的兩端設(shè)有略大于加強柱直徑的凸臺，凸臺與加強柱、夾板圓滑過渡連接，所述的多邊形柵格結(jié)構(gòu)可以是正六邊形柵格，也可以是其它多邊形柵格。夾層是由多個中空的多邊形柵格緊密排列而成的，蜂窩狀排列便是其中的一種六邊形柵格結(jié)構(gòu)，加強柱與上下夾層之間的聯(lián)接方法可以根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)材料，采用織造、紡織、粘連等方法制成。上、下夾板可以是平板，也可以是曲面板。
用上述結(jié)構(gòu)制造成的夾層板，與沒有加強柱的蜂窩狀夾層板相比，可大大提高夾層板的抗壓強度、抗扭曲強度及上層或下層層間的抗剝離強度，并可有效地減少應(yīng)力集中，是一種重量輕、強度高的仿生結(jié)構(gòu)夾層材料，在普通的包裝材料、建筑材料到航空航天器材有著廣泛的應(yīng)用前景。


圖1本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意2為圖1的中間夾層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中的基本單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為不同形狀柵格的中間夾層示意圖；其中(a)正六邊形柵格的中間夾層示意圖；(b)正四邊方形的中間夾層示意圖；(c)正三角形中間夾層示意圖。
圖5為不同形狀的加強柱的結(jié)構(gòu)示意圖其中(a)帶有過渡凸臺的加強柱(b)實心加強柱(c)空心加強柱圖6為甲殼蟲前翅模型圖；圖7為圖6中小柱的橫截面圖；圖8為拉伸單列小柱時的理想試驗結(jié)果；圖9為拉伸多根小柱時的試驗結(jié)果圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來說明該發(fā)明的實施例，本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖及中間夾層結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1、圖2所示。該夾層板由上下夾板1、6和中間夾層所組成，上下夾板1、6為平板，中間夾層為蜂窩狀的正六邊形的柵格緊密排列而成，每3個正六邊形的柵格壁2的交接處均設(shè)有一個加強柱3，如圖2所示。加強柱3兩端各設(shè)有一個凸臺5，凸臺5一個端面為平面4，便于與上、下夾板1、6粘接，凸臺5另一端與加強柱3柱體光滑過渡連接，如圖3所示。加強柱柱體與每個柵格壁之間緊密連接，并與正六邊形的蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成一個整體，其上下夾板1、6可通過粘連的方法與柱體底部端面4及柵格壁2連接固定，即可完成夾層板的加工。
在上述的實施例中，不同的材料其制造方法可以完全不同，如用塑料，可用模具采用整體注塑法成形；如用纖維材料，可采用織造法成形；如用金屬材料，可用粘連方法及沖壓相結(jié)合的方法成形。
本發(fā)明所述的中空的多邊形柵格結(jié)構(gòu)不限于正六邊形的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這種柵格結(jié)構(gòu)也可以是正三角形、正方形結(jié)構(gòu)，它們的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖4中的(a)(b)(c)所示。在一個正六邊形的蜂窩狀結(jié)構(gòu)單元中，加強柱數(shù)目可以是1～6個。其它n邊形的單元結(jié)構(gòu)依次類推，即其加強柱的數(shù)目應(yīng)為1～n個。加強柱3的結(jié)構(gòu)形狀也有備種各樣，常用的有柱體兩端帶有凸臺的、柱體內(nèi)為空心的和實心的等幾種類型。分別如圖5中的(a)(b)(c)所示。
權(quán)利要求
1.一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，包括上夾板、下夾板和中間層?xùn)鸥?，其特征在于沿著柵格壁的交匯處設(shè)有加強柱。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的加強柱在一個n邊形柵格結(jié)構(gòu)單元中的數(shù)目可以是1～n個。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的中間層?xùn)鸥袷钦呅位蛘切位蚓匦巍?br> 4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的加強柱的兩端設(shè)有略大于加強柱直徑的凸臺，凸臺與加強柱、夾板圓滑過渡連接。
5，根據(jù)權(quán)利要求1～4所述的任一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上夾板、下夾板與中間夾層相及加強柱的連接，視不同的材料可用粘接劑連接，或用注塑一次成型，或用織造方法成型。
6，根據(jù)權(quán)利要求1～4所述的任一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的上夾板、下夾板可以是平面板或曲面板。
全文摘要
一種中間為多邊形柵格的夾層強化結(jié)構(gòu)，適用于各種輕量型的工業(yè)產(chǎn)品強度加強結(jié)構(gòu)。包括上、下夾板、中間層為柵格壁，其特征在于沿著柵格壁交匯處設(shè)有加強柱。該結(jié)構(gòu)有效地減少了應(yīng)力集中，大大提高抗壓強度、抗扭曲強度及上層或下層層間的抗剝離強度，最終可以得到重量輕、強度高的夾層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的多邊形柵格夾層板適用于從普通的包裝材料到建筑材料，乃至航空航天器材的廣泛領(lǐng)域。
文檔編號B32B3/12GK1539632SQ0311650
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者陳錦祥, 倪慶清 申請人:陳錦祥, 倪慶清