一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构的制作方法

一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构
【技术领域】
1.本发明涉及夹芯结构技术领域，尤其涉及一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹 夹芯结构。


背景技术：

2.复合材料夹芯结构由于比刚度高、比强度高和重量轻等特征，良好的耐撞性使其在 航空航天、汽车等工程领域得到了广泛的应用。在结构上，复合材料夹芯结构由两层薄 的复合材料面板和中间的芯材组成，在受到外来载荷时通过面板和芯材复杂的变形破坏 来吸收能量，其中芯材是影响其耐撞性和能量吸收的关键因素，对于芯材地研究、分析 变形损伤机理对复合材料夹芯结构进一步工程应用具有重要意义。
3.目前对于复合材料波纹夹芯的研究主要集中在芯材的几何构型设计和变形模式与失 效机理的分析上，虽然可以在一定程度上提高夹芯结构的吸能性，但较高的峰值力也降 低了载荷稳定性。在工程领域对结构性能要求逐渐提高的背景下，单一的结构设计显然 已无法满足，而合理的触发设计能够很好地提高结构耐撞性。因此为了更好地提高复合 材料夹芯结构的吸能效率以及载荷稳定性来保证装备中核心零部件与人员的安全，有必 要对波纹夹芯失效触发方式进行深入地研究与设计来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，其与传统夹芯结构 耐撞性设计对比，其结构简单、设计方便，极大程度地提高了加工可行性和生产效率；另 外梯度加强筋的设置极大地改变了整体结构的变形模式，使其在变形过程中能够吸收更多 的能量而又不会大幅度增加其峰值载荷，即吸能效率更高的同时可以更好地保护其余零部 件以及人员安全。此外，还揭示了梯度加强筋触发的失效机理对复合材料波纹夹芯结构耐 撞性提高的重要作用。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，包括上面板、下面板、波纹夹芯 以及梯度加强筋，所述上面板与所述下面板间隔设置，所述波纹夹芯设置于所述上面板与 所述下面板之间，且所述波纹夹芯的波峰与所述上面板固定，波谷与所述下面板固定，所 述梯度加强筋设置于所述波纹夹芯的波峰与所述下面板之间和/或设置于所述波纹夹芯的 波谷与所述上面板之间，所述梯度加强筋的屈曲强度从一端至另一端呈递增式设置或者递 减式设置。
7.作为本发明的一种优选改进，所述上面板和所述下面板均由4—20层单向碳纤维复合 材料板或者编织纤维层板制成。
8.作为本发明的一种优选改进，所述上面板与所述下面板平行间隔设置。
9.作为本发明的一种优选改进，所述波纹夹芯的厚度为0.5—1mm。
10.作为本发明的一种优选改进，所述梯度加强筋的纵截面呈梯形，且梯形角的角度
在0 —90
°
之间。
11.作为本发明的一种优选改进，所述梯度加强筋由多段共轴心设置的柱体组成，且多段 所述柱体的横截面从所述梯度加强筋的一端至另一端的方向呈递增式设置。
12.作为本发明的一种优选改进，所述柱体为圆柱体、多边形柱体、椭圆形柱体、扇形柱 体以及不规则形柱体中的任意一种。
13.作为本发明的一种优选改进，所述波纹夹芯的波纹形状包括梯形波纹、锯齿形波纹以 及正弦形波纹。
14.作为本发明的一种优选改进，还包括设置于所述波纹夹芯与所述上面板接触处的上粘 接界面和设置于所述波纹夹芯与所述下面板接触处的下粘接界面，所述上粘接界面和所述 下粘接界面由下述步骤制成：
15.步骤一、采用喷砂表面处理技术将波纹夹芯与上面板接触处以及波纹夹芯与下面板接 触处处理成粗糙面；
16.步骤二、将丙酮或者无水乙醇与树脂的混合溶液涂设于所述粗糙面，形成所述上粘接 界面和所述下粘接界面。
17.作为本发明的一种优选改进，还包括设置于所述梯度加强筋相对两侧以增强横向刚度 的横向增强肋。
18.本发明的有益效果如下：
19.(1)本发明提出的一种梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构以较小的质量成本 获得了更大的耐撞性提升，在压溃作用下与传统波纹夹芯结构相比具有更为复杂的失效模 式，主要表现在梯度加强筋与波纹夹芯的耦合变形失效以及梯度加强筋本身的渐进破坏失 效，从实验结果来看本发明提供的梯度加强筋夹芯结构的吸能效率相较于传统波纹夹芯结 构可提高50％以上，从而极大地降低安全隐患；
20.(2)本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构在破坏时，由 于梯度加强筋的渐进破坏触发机理，在压溃初期其峰值载荷能够控制在合理的范围内，不 会出现载荷剧烈上升的现象；而在压溃中后期由于梯度加强筋的设置使波纹夹芯结构的承 载能力大幅度增加且具有更好的载荷稳定性，充分地发挥了夹芯材料的吸能效率，在吸收 大量冲击能量的同时又保证了其余装备零部件与人员的安全；
21.(3)本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，生产加工方 便、结构简单，其中梯度加强筋具有良好的可设计性，目的是诱导整体结构的渐进破坏模 式，在后续设计中梯度加强筋与波纹夹芯可以采用一体成型，这种方式使结构在受载时的 耦合变形过程更加稳定且充分；另外梯度加强筋与波纹夹芯之间还可采用粘接方式，在诱 导渐进破坏的同时粘接界面的破坏也能吸收大量的冲击能量；
22.(4)本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，其中波纹夹 芯与梯度加强筋的几何特征不局限于传统波纹夹芯加筋的方式，梯度加强筋的诱导破坏特 性可广泛应用于各类夹芯结构中，实用性好、设计制造方便等优点使之能够适应大部分工 况。
【附图说明】
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的 附图，其中：
24.图1为本发明提供的基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构的结构示意图；
25.图2为本发明锯齿形波纹夹芯的结构示意图；
26.图3为本发明正弦形波纹夹芯的结构示意图；
27.图4为本发明无级梯度加强筋的结构示意图；
28.图5为本发明级数梯度加强筋的第一实施方式结构示意；
29.图6为本发明级数梯度加强筋的第二实施方式结构示意；
30.图7为本发明粘接界面在受载时的损伤演化过程图；
31.图8为本发明梯度加强筋设置t型横向增强肋的结构示意图；
32.图9为本发明梯度加强筋设置z型横向增强肋的结构示意图；
33.图10为本发明提供的基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构的失效特征图；
34.图11为传统波纹夹芯结构的失效特征图；
35.图12(a)、(b)、(c)为实施例1中设置三种不同加强筋的波纹夹芯结构示意图；
36.图13为四种不同波纹夹芯结构在横向平面压溃下的载荷响应的对比图；
37.图14为四种不同波纹夹芯结构的失效过程示意图；
38.图15为对比了四种不同波纹夹芯结构在压溃过程中的吸能性对比图；
39.图16为本发明提供的波纹夹芯结构与垂直加强筋波纹夹芯结构相对于传统波纹夹芯 结构的比吸能提升对比图；
40.图中，1、上面板；2、波纹夹芯；3、下面板；4、上粘接界面；5、下粘接界面；6、 梯度加强筋；7、横向增强肋。
【具体实施方式】
41.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于 本发明保护的范围。
42.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅 用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如 果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
43.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为 指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、
ꢀ“
第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个
”ꢀ
的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解， 例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也 可以
间无法良好的传递载荷且纤维无法充分发挥其高的刚度和强度性能。因此对于粘性界面的 损伤研究是必要的，其破坏模式大致可分为线弹性变形阶段、初始损伤阶段和渐进损伤演 化阶段，如图7所示。其中oa为线弹性变形阶段，根据线弹性本构关系 (traction-separation law)有：
[0053][0054][0055]
式中：tn为法向牵引应力，ts和t
t
为两个切向应力；ki为不同的刚度系数；δn为法向 位移，δs和δ
t
为两个切向位移；d为界面损伤变量；为三个当前牵引应力。
[0056]
随着界面牵引应力的增加，即应力值达到a点后，界面将产生初始损伤。采用二次名 义应力来描述界面初始损伤有：
[0057][0058]
式中：为法向界面强度，和为两个切向界面强度。
[0059]
在满足界面初始损伤准则后，粘接界面开始产生脱胶或分层，即图7中ab阶段。此 时粘接界面的承载能力大大降低，这里界面的损伤演化模型采用线性损伤演化准则或非线 性损伤演化准则，如下所示：
[0060]
线性损伤演化准则：
[0061][0062]
式中：为界面损伤过程中最大损伤位移，为界面初始损伤位移，为界面完 全损伤位移。
[0063]
非线性损伤演化准则：
[0064][0065]
式中：t
eff
为有效牵引应力，gc为界面总断裂能，g0为界面弹性能。
[0066]
在(4)和(5)式中，当和d＝0时为界面没有产生损伤；和 0＜d＜1时为界面部分损伤；和d＝1时为界面完全损伤。
[0067]
采用基于混合模式断裂能的bk准则来定义界面损伤行为，即需要达到一定能量后界 面才能完全脱胶分层，其表达式如下：
[0068][0069]
式中：g为断裂能，gc为临界断裂能；gs＝gs g
t
，g
t
＝gn gs g
t
；η为粘性参 数；gn、gs、gt
为应力在对应位移下的法向和两个切向所作的功。
[0070]
所述梯度加强筋6与波纹夹芯2采用整体成型或者装配固定，整体成型在生产制造时 能够保证零部件的完整性减少外部因素带来的缺陷，而装配固定能够在更大程度上使梯度 加强筋在材料、几何形状等方面具有可设计性。在压溃过程中，金属材料制成的波纹夹芯 2会产生较大塑性变形以致结构能够吸收大量的冲击能量，因此波纹夹芯2的损伤特性研 究对结构耐整体耐撞性有重要意义，这里采用ductile损伤准则来预测波纹夹芯2的初始 失效与损伤演化过程。在此损伤模型中，假设损伤起始时的等效塑性应变是应力三轴度和 应变速率的函数，如式(7)所示，当满足式(8)的条件时，材料即满足损伤起始标准，并根 据损伤准则进行演化。
[0071][0072][0073]
式中：为损伤起始时的等效塑性应变；ηη为应力三轴度；为等效塑性应变速率； ωd为随塑性变形单调增加的状态变量。
[0074]
基于ductile损伤准则，在材料产生初始损伤后，其性能的损伤演化规律采用指数形 式：
[0075][0076]
式中：d
metal
为损伤变量；为相对塑性位移；为等效屈服应力；为等效塑性 应变率的函数，其表达式为gf为断裂能。
[0077]
在损伤演化过程中，材料的刚度逐渐退化，当材料点达到了临界失效值时，材料将被 彻底破坏。
[0078]
所述碳纤维复合材料制成的上面板1与下面板3具有良好的比刚度和比强度，使整体 结构能获得更好的耐撞性能且质量较小。在使用过程中碳纤维复合材料的承载能力会随着 纤维、基体的损伤而降低，而损伤的特征是材料刚度的退化。由于复合材料特殊的材料特 性，相比于金属材料，其受载破坏时的损伤演化过程更加复杂，而初始失效准则是预测材 料损伤的关键指标，综合考虑纤维拉伸破坏、纤维压缩破坏、基体拉伸破坏和基体压缩破 坏，采用hashin失效准则来进行初始失效分析，其表达式如下：
[0079]
纤维拉伸破坏
[0080][0081]
纤维压缩破坏
[0082][0083]
基体拉伸破坏
[0084][0085]
基体压缩破坏
[0086][0087]
式中：x
t
和xc分别为沿纤维方向的抗拉强度和抗压强度；y
t
和yc分别为沿基体方 向的抗拉强度和抗压强度；s
l
和s
t
分别为纤维方向和基体方向的抗剪强度；α为剪切效 应贡献因子，取值在0-1之间，它决定了剪应力对纤维拉伸破坏判据的贡献大小；1之间，它决定了剪应力对纤维拉伸破坏判据的贡献大小；为有效应力张量的分量；用于评估损伤起始准则，表达式如下：
[0088][0089]
式中：根据真实应力σ和损伤变量进行计算，损伤变量df、dm、ds分别代表纤维、 基体和剪切损伤的内部损伤变量，取值在0-1之间，值为0时表示材料未产生损伤，为1 时表示材料完全损坏。
[0090]
当满足hashin失效准则的任意损伤判据后，材料开始产生失效进入损伤演化阶段， 其性能参数开始按照一定的法则折减，基于刚度线性下降法建立复合材料刚度折减模型， 表达式如下所示：
[0091]
σ＝cdε
ꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0092][0093]
式中：cd为退化的刚度矩阵；ε为应变；d＝1-(1-df)(1-dm)v
12v21
；e1为纤维方向 的杨氏模量；e2为垂直于纤维方向的杨氏模量；g为剪切模量；v
12
、v
21
为泊松比。
[0094]
基于上述原因，在本发明中，所述上粘接界面4和所述下粘接界面5由下述步骤制成： 步骤一、采用喷砂表面处理技术将波纹夹芯2与上面板1接触处以及波纹夹芯2与下面板 3接触处处理成粗糙面；步骤二、将丙酮或者无水乙醇与树脂的混合溶液涂设于所述粗糙 面，形成所述上粘接界面4和所述下粘接界面5。由于上述步骤采用了丙酮或无水乙醇使 胶状树脂的流动性变得更好，能够更加充分均匀地让树脂覆与整个粘接面从而进一步提高 界面粘接性能。
[0095]
所述梯度加强筋6的几何特征决定了它仅对结构的轴向耐撞性有所增强，在承受平面 轴向载荷时梯度加强筋6承载能力较弱的一端率先发生屈曲，在后续的过程中梯度加强筋 6由于初始的屈曲变形，导致整体失稳不能充分地发挥其渐进破坏的吸能性，因此在
发明 时考虑到了梯度加强筋6的横向增强功能，因此，参见图8和9所示，本发明提供的基于 梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构还包括设置于所述梯度加强筋6相对两侧以增强 横向刚度的横向增强肋7，从而可以改善所述梯度加强筋6的屈曲失稳的问题，使其破坏 过程更加稳定，从而提高了整体结构的耐撞性。所述横向增强肋7包括但不限于t型(图 8所示)和z型(图9所示)，本发明列举了t型与z型横向增强肋7，但具体研究范围不 止于此，在结构上横向增强肋7与梯度加强筋6采用一体成型或粘接等固定方式，个数为 1-5个且沿梯度加强筋长度方向设置，增强肋提供的横向刚度改善了梯度加强筋屈曲失稳 的问题，使其破坏过程更加稳定，从而提高了整体结构的耐撞性。
[0096]
本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，以碳纤维复合材料 作为材料的上、下面板和梯度加强筋波纹夹芯相结合，在结构承载时诱导合理的变形模式 时提高吸能性的关键因素，而对于波纹夹芯板在压溃载荷下的吸能性主要依靠其之间的波 纹夹芯。本发明提出的梯度加强筋触发设计在很大程度上诱导了整体失效形式，充分发挥 出了加强筋在波纹夹芯中的作用，本发明提供的基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯 结构的失效特征如图10所示，而传统的无梯度加强筋的波纹夹芯结构的失效特征如图11 所示，可见，相比较，具有以下特征：
[0097]
(1)传统波纹夹芯结构主要依靠单一的波纹夹芯来抵抗压溃载荷，在承受平面载荷 面板产生位移l时，金属梯形波纹夹芯所受的载荷使得两侧发生屈曲后向内凹陷逐渐趋近 于一条垂直线，但两侧斜壁的上、下部分变形趋势相反，在继续加载过程中其上部分产生 外凸变形，而下部分则继续内凹，导致波纹夹芯板的两侧发生严重屈曲、载荷稳定性大幅 下降继而大大降低了整体结构的承载能力。另外波纹夹芯板发生变形时还伴随着上、下粘 接界面的脱胶，这一过程同样耗散了部分冲击能量，但脱胶后的结构稳定性较差，导致整 体吸能效率低，耐撞性较差；
[0098]
(2)梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构在压溃载荷下的变形模式更加稳定且 耦合变形作用明显。在受压产生位移l时，波纹夹芯两侧斜壁同样产生内凹变形与外凸变 形，由于梯度加强筋的存在，在渐进破坏的同时厚度较小的级率先发生屈曲，加强筋整体 基本保持垂直状态，在后续压溃过程中梯度加强筋呈渐进弯曲，剩余的梯度级数逐渐参与 承载继而使梯度加强筋产生偏移角θ；由于梯度加强筋的偏移，波纹夹芯的承载能力不对 称，主要表现为变形中梯度加强筋在原有位置上偏移了一定距离δ1，而这种承载能力的不 对称也导致了梯度加强筋右侧区域发生较大的拉伸变形，从而使波纹夹芯与下面板之间产 生了位移δ2，进而耗散更多能量。此外上、下面板与波纹夹芯之间的粘接界面也产生了一 定程度的破坏，主要表现为界面脱胶，这类破坏在结构承载时同样能耗散部分能量，而梯 度加强筋与波纹夹芯的耦合作用使得界面破坏更加充分，进一步提高了整体结构的耐撞性。
[0099]
从以上分析中可以说明：(1)相比传统波纹夹芯结构，梯度加强筋波纹夹芯结构的耦 合破坏作用使结构产生了更复杂、充分的变形，从而耗散了更多的能量；(2)梯度加强筋 构型改善了整体结构在平面压溃下的破坏模式，不同梯度位置的逐级破坏使得加强筋充分 参与承载且大幅度提升了夹芯板的能量吸收，在后续的压溃过程不会产生大屈曲模态，更 进一步地提高了夹芯板的承载能力。
[0100]
下面以具体实施例1对本发明提供的基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结
构进 行验证说明。
[0101]
实施例1
[0102]
本发明提供一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，其中上面板与下面板 由8层t700/3234碳纤维复合材料制成的单向层板组成，铺层设计为[0
°
/90
°
/0
°ꢀ
/90
°
]s，板长、宽均为96mm，平均厚度为1mm；波纹夹芯由3个梯形子单元(波纹)组 成，材质采用2a12-t4铝合金，试件长、宽均为96mm，高12.85mm，平均厚度为0.5mm， 在梯形子单元中，斜面与水平面的夹角为55
°
。另外，加强筋设置为普通垂直加强筋、升 序梯度加强筋与降序梯度加强筋，如图12所示，三类加强筋高度均为12.85mm，材料均与 波纹夹芯相同。其中普通垂直加强筋厚度为0.5mm，梯度加强筋设置为4级，厚度依次为 0.25mm、0.5mm、0.75mm、1mm，每级长度相等为3.2125mm；在试件中波纹夹芯与各类加强 筋采用整体成型。
[0103]
采用仿真方式分别对无加强筋波纹夹芯、普通垂直加强筋波纹夹芯、升序梯度波纹夹 芯与降序梯度波纹夹芯进有限元模拟，并且通过载荷响应曲线及失效模式来研究不同种类 波纹夹芯结构在平面压溃载荷下的能量吸收机理。结合图13和图14，可以看出四种波纹 夹芯在位移为0-0.5mm的弹性变形阶段时载荷曲线斜率相近，而峰值载荷各不相同。其 中普通加强筋波纹夹芯的峰值载荷明显高于其他波纹夹芯，而两种梯度加强筋夹芯的峰值 略高于传统梯形波纹夹芯，这是因为在压溃初期冲击动能较大，梯度触发的结构形式能更 为有效的缓冲吸能，保持载荷稳定性；位移在0.5-2mm之间时，普通垂直加强筋波纹夹 芯中加强筋的变形程度最大，而梯度加强筋波纹夹芯仅在对应的触发薄弱位置发生小量屈 曲，大部分还未承载；在位移2-3mm时，四种波纹夹芯结构的载荷响应均较为稳定；当 位移大于3mm，降序梯度加强筋波纹夹芯出现了第二次峰值，载荷大小与初始峰值相近， 在这一阶段继初始触发位置发生屈曲后，加强筋上剩余梯度级数的位置逐渐触发并参与承 载，先后发生弹性变形与屈曲，较厚级数位置参与主要承载的同时使曲线出现第二次峰值。
[0104]
对比图15中四类加强筋波纹夹芯的破坏模式可以看出，普通垂直加强筋夹芯主要的 变形为发生在各个加强筋中间位置的屈曲和夹芯斜面内凹或外凸的弯曲变形；对于降序梯 度加强筋波纹夹芯，其梯度加强筋在初始触发位置由于应力集中首先屈曲，随后剩余梯度 级数位置逐渐产生渐进弯曲变形参与承载；对于升序加强筋波纹夹芯，在压溃初期同样发 生小量屈曲，但随着继续压溃，剩余梯度级数并没有发生渐进的变形，从而导致整个梯度 加强筋发生严重屈曲，说明该结构的梯度触发并没有得到很好的诱导。此外，两种梯度加 强筋的波纹夹芯2的斜面同样产生内凹或外凸的弯曲变形，并在上粘接界面与下粘接界面 发现脱胶现象。
[0105]
从图16的吸能曲线中可以看出，在0—0.5mm的弹性变形阶段时，夹芯结构吸能较少， 四类波纹夹芯趋势基本一致；随着压溃的进行，加强筋构型上的区别导致了各类波纹夹芯 表现出不同的能量吸收；在0.5—3mm阶段，普通垂直加强筋由于其中心的大屈曲，吸能 最高，而两种梯度加强筋波纹夹芯吸能较低，此时吸能大小为：ea普通》ea升序》ea降序》ea0； 当位移大于3mm时，由于降序梯度加强筋波纹夹芯出现了第二次峰值载荷，能量吸收大大 提高，压溃结束时，四类波纹夹芯结构总能量吸收有如下关系：ea降序》ea普通》ea升 序》ea传统。以传统梯形波纹夹芯为基准，普通垂直加强筋波纹夹芯结构的sea提升了 28.04％，升序梯度加强筋触发的波纹夹芯结构的sea提升了11.21％，降序梯度加强筋触发 的波纹夹芯结构的sea提升了51.4％。
[0106]
本实施例1中提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，通过引入梯 度诱导触发来改变夹芯结构的吸能特性，其结构简单、加工方便以及可设计性强，并且能 够在传统波纹夹芯结构上大大提升吸能性；在不同场合、不同力学性能要求下，本发明能 够通过不同参数调节来适应。
[0107]
本发明的有益效果如下：
[0108]
(1)本发明提出的一种梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构以较小的质量成本 获得了更大的耐撞性提升，在压溃作用下与传统波纹夹芯结构相比具有更为复杂的失效模 式，主要表现在梯度加强筋与波纹夹芯的耦合变形失效以及梯度加强筋本身的渐进破坏失 效，从实验结果来看本发明提供的梯度加强筋夹芯结构的吸能效率相较于传统波纹夹芯结 构可提高50％以上，从而极大地降低安全隐患；
[0109]
(2)本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构在破坏时，由 于梯度加强筋的渐进破坏触发机理，在压溃初期其峰值载荷能够控制在合理的范围内，不 会出现载荷剧烈上升的现象；而在压溃中后期由于梯度加强筋的设置使波纹夹芯结构的承 载能力大幅度增加且具有更好的载荷稳定性，充分地发挥了夹芯材料的吸能效率，在吸收 大量冲击能量的同时又保证了其余装备零部件与人员的安全；
[0110]
(3)本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，生产加工方 便、结构简单，其中梯度加强筋具有良好的可设计性，目的是诱导整体结构的渐进破坏模 式，在后续设计中梯度加强筋与波纹夹芯可以采用一体成型，这种方式使结构在受载时的 耦合变形过程更加稳定且充分；另外梯度加强筋与波纹夹芯之间还可采用粘接方式，在诱 导渐进破坏的同时粘接界面的破坏也能吸收大量的冲击能量；
[0111]
(4)本发明提出的一种基于梯度加强筋触发的复合材料波纹夹芯结构，其中波纹夹 芯与梯度加强筋的几何特征不局限于传统波纹夹芯加筋的方式，梯度加强筋的诱导破坏特 性可广泛应用于各类夹芯结构中，实用性好、设计制造方便等优点使之能够适应大部分工 况。
[0112]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用， 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现 另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特 定的细节和这里所示出与描述的图例。