一种混合夹芯结构及制备方法

本发明涉及夹芯结构，特别是涉及一种混合夹芯结构及制备方法。

背景技术：

1、夹芯结构是一种由上下两块薄而强的面板和中间轻质芯材组成的复合结构，具有比强度高、比刚度大、抗冲击性能好等优点，在航空航天、船舶、建筑、交通运输等领域得到了广泛应用。

2、传统的夹芯结构的芯材主要包括泡沫芯、蜂窝芯、波纹芯等类型。泡沫夹芯结构虽然重量轻，但承载能力有限；蜂窝夹芯结构具有良好的力学性能，但制作工艺复杂、成本较高；波纹夹芯结构制作相对简单，但面外承载能力有待提高。

3、近年来，研究人员提出了多种新型夹芯结构，如金字塔型点阵夹芯结构、kagome型点阵夹芯结构等。这些结构虽然力学性能优异，但往往存在制作困难、参数不可调、难以适应复杂工况等问题。

4、因此，亟需开发一种兼具良好力学性能、制作装配简单的混合夹芯结构，以满足工程实际的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种混合夹芯结构及制备方法，兼具良好力学性能、制作装配简单的混合夹芯结构，以满足工程实际的需求。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种混合夹芯结构，包括夹芯和位于所述夹芯两侧的面板；所述夹芯与所述面板通过螺栓连接；所述夹芯包括中空棱台和支撑骨架；所述支撑骨架包括呈矩阵排布的凸起节点，所述凸起节点支撑在所述夹芯两侧的所述面板之间；所述中空棱台以与凸起节点相匹配的矩阵排布，并与所述凸起节点装配；任意相邻的两个所述中空棱台通过插接结构相互插接；所述中空棱台的上底面和下底面分别与两侧的所述面板贴合，任意相邻的两个所述中空棱台的上底面朝向相反。

3、在一实施方式中，所述中空棱台的中空腔道用于套设并约束所述凸起节点，以实现装配；所述插接结构为设置在所述中空棱台的棱角上的拼装插槽。

4、在一实施方式中，所述中空棱台为正四棱棱台；所述支撑骨架包括横纵交错连接的骨架桁架，每个骨架桁架均包括间隔且依次连接的第一骨架和第二骨架，所述第一骨架和所述第二骨架均包括一个连桥和两个支脚，两个所述支脚的一端通过所述连桥连接，以形成具开口的凸起节点；相邻连接的两个所述第一骨架和所述第二骨架通过同一个支脚连接，所述第一骨架和所述第二骨架设有连桥的一端朝向相反；横纵交错的所述骨架桁架的所述第一骨架和所述第二骨架的连桥呈十字交叉搭设并固定；所述第一骨架和所述第二骨架的连桥分别对应所述正四棱棱台的上顶面的两个对角线；所述凸起节点的开口由连桥侧至开口侧的方向逐渐增大，以匹配正四棱棱台由上底面至下底面方向逐渐增大的趋势；相邻的两个所述中空棱台的棱角之间在拼装插槽相互插接状态下形成供所述支脚插入的连接空腔；所述中空棱台的棱角处具有供所述支脚穿过的穿过口。

5、在一实施方式中，所述支脚与所述连桥的连接点具有一虚拟直线，所述虚拟直线平行于所述凸起节点的开口的中心轴线，所述支脚向远离所述开口的中心轴线方向倾斜，且所述支脚与所述虚拟直线之间具有夹角β，以使所述凸起节点的开口由连桥侧至开口侧的方向逐渐增大，所述连桥为具有预设弧度的弧形结构，所述第一骨架的预设弧度为r1；所述第二骨架的预设弧度为r2，预设弧度r1＞预设弧度r2，以使所述第二骨架的连桥搭设在所述第一骨架的连桥上。

6、在一实施方式中，所述中空棱台包括第一正四棱棱台和第二正四棱棱台，所述第一正四棱棱台位于矩阵的外围一圈，所述第二正四棱棱台位于所述矩阵的内部区域，所述第二正四棱棱台上的拼装插槽的槽口大于所述第一正四棱棱台的拼装插槽的槽口。

7、本实施例提供了一种上述的混合夹芯结构的制备方法，包括以下步骤：

8、制作中空棱台、面板以及支撑骨架；

9、将中空棱台的拼装插槽相互插接形成矩阵，插接过程中将支撑骨架与矩阵排列的中空棱台组装在一起，形成夹芯；

10、使用螺栓将所述夹芯与面板固定，形成混合夹芯结构。

11、在一实施方式中，通过弯折工艺制作具有第一骨架和第二骨架的骨架桁架，调整第一骨架和第二骨架的夹角β、预设弧度r1以及预设弧度r2，以匹配中空棱台的形状构造。

12、在一实施方式中，横纵交错的骨架桁架的第一骨架和第二骨架的连桥呈十字交叉搭设，并采用绑扎或者焊接方式固定，组装成支撑骨架。

13、在一实施方式中，通过切割工艺制作中空棱台，所述中空棱台的尺寸根据工程实际荷载要求和空间约束确定。

14、在一实施方式中，所述螺栓的规格和布置间距根据结构受力分析确定。

15、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

16、1.力学性能优异：支撑骨架与中空棱台协同工作，形成混合夹芯体系，可有效承受面外冲击和荷载，具有良好的承载能力和抗变形能力。

17、2.装配方便：中空棱台上预先设计有插接结构(例如拼装插槽或其他插装方式)，可方便进行拼装，面板之间通过螺栓连接，装配便捷。

18、本发明其他技术方案相对于现有技术还取得了以下技术效果：

19、1.制作方便：支撑骨架通过弯折工艺制作，中空棱台通过切割工艺制成，工艺简单，无需复杂的模具和专用设备。

20、2.参数可调：支撑骨架的支脚夹角β、连桥弧度r1和r2等关键参数可根据工程实际灵活调整，中空棱台的尺寸也可根据需求定制，使结构性能可优化设计；通过调整支撑骨架参数和中空棱台布置方式，可适应不同的荷载条件和空间约束，满足多样化的工程需求。

21、3.成本可控：夹心和面板均采用常规的金属材料，制作工艺成熟，有利于降低生产成本，便于推广应用。

1.一种混合夹芯结构，其特征在于，包括夹芯(1)和位于所述夹芯(1)两侧的面板(2)；所述夹芯(1)与所述面板(2)通过螺栓(3)连接；所述夹芯(1)包括中空棱台(11)和支撑骨架(12)；所述支撑骨架(12)包括呈矩阵排布的凸起节点，所述凸起节点支撑在所述夹芯(1)两侧的所述面板(2)之间；所述中空棱台(11)以与凸起节点相匹配的矩阵排布，并与所述凸起节点装配；任意相邻的两个所述中空棱台(11)通过插接结构相互插接；所述中空棱台(11)的上底面和下底面分别与两侧的所述面板(2)贴合，任意相邻的两个所述中空棱台(11)的上底面朝向相反。

2.根据权利要求1所述的混合夹芯结构，其特征在于，所述中空棱台(11)的中空腔道(115)用于套设并约束所述凸起节点，以实现装配；所述插接结构为设置在所述中空棱台(11)的棱角上的拼装插槽(113)。

3.根据权利要求2所述的混合夹芯结构，其特征在于，所述中空棱台(11)为正四棱棱台；所述支撑骨架(12)包括横纵交错连接的骨架桁架，每个骨架桁架均包括间隔且依次连接的第一骨架(121)和第二骨架(122)，所述第一骨架(121)和所述第二骨架(122)均包括一个连桥(123)和两个支脚(124)，两个所述支脚(124)的一端通过所述连桥(123)连接，以形成具开口的凸起节点；相邻连接的两个所述第一骨架(121)和所述第二骨架(122)通过同一个支脚(124)连接，所述第一骨架(121)和所述第二骨架(122)设有连桥(123)的一端朝向相反；横纵交错的所述骨架桁架的所述第一骨架(121)和所述第二骨架(122)的连桥(123)呈十字交叉搭设并固定；所述第一骨架(121)和所述第二骨架(122)的连桥(123)分别对应所述正四棱棱台的上顶面的两个对角线；所述凸起节点的开口由连桥(123)侧至开口侧的方向逐渐增大，以匹配正四棱棱台由上底面至下底面方向逐渐增大的趋势；相邻的两个所述中空棱台(11)的棱角之间在拼装插槽(113)相互插接状态下形成供所述支脚(124)插入的连接空腔(116)；所述中空棱台(11)的棱角处具有供所述支脚(124)穿过的穿过口(114)。

4.根据权利要求3所述的混合夹芯结构，其特征在于，所述支脚(124)与所述连桥(123)的连接点具有一虚拟直线(125)，所述虚拟直线(125)平行于所述凸起节点的开口的中心轴线(126)，所述支脚(124)向远离所述开口的中心轴线(126)方向倾斜，且所述支脚(124)与所述虚拟直线(125)之间具有夹角β，以使所述凸起节点的开口由连桥(123)侧至开口侧的方向逐渐增大，所述连桥(123)为具有预设弧度的弧形结构，所述第一骨架(121)的预设弧度为r1；所述第二骨架(122)的预设弧度为r2，预设弧度r1＞预设弧度r2，以使所述第二骨架(122)的连桥(123)搭设在所述第一骨架(121)的连桥(123)上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的混合夹芯结构，其特征在于，所述中空棱台(11)包括第一正四棱棱台(111)和第二正四棱棱台(112)，所述第一正四棱棱台(111)位于矩阵的外围一圈，所述第二正四棱棱台(112)位于所述矩阵的内部区域，所述第二正四棱棱台(112)上的拼装插槽(113)的槽口大于所述第一正四棱棱台(111)的拼装插槽(113)的槽口。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的混合夹芯结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，通过弯折工艺制作具有第一骨架(121)和第二骨架(122)的骨架桁架，调整第一骨架(121)和第二骨架(122)的夹角β、预设弧度r1以及预设弧度r2，以匹配中空棱台(11)的形状构造。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，横纵交错的骨架桁架的第一骨架(121)和第二骨架(122)的连桥(123)呈十字交叉搭设，并采用绑扎或者焊接方式固定，组装成支撑骨架(12)。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，通过切割工艺制作中空棱台(11)，所述中空棱台(11)的尺寸根据工程实际荷载要求和空间约束确定。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述螺栓(3)的规格和布置间距根据结构受力分析确定。