一种微桁架夹层结构的制作方法
【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，涉及一种微桁架夹层结构。
【背景技术】
[0002] 微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] 微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，从而大大损伤微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，微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。而何种微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微桁架夹层结构，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微桁架夹层结构。
[0007] 本实用新型的目的通过如下技术方案实现:一种微桁架夹层结构，微桁架夹层结 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;每个单胞包括一个十字架结构以及多个等长的斜杆、多个等长的竖直杆连接构 成，其中，斜杆的中点与十字架结构的交点固定连接，另一端连接竖直杆的一端;十字架结 构的两直杆长度相等且相互垂直并在直杆中点相交处形成交点；斜杆两两成对处于同一平 面内并相交在十字架结构的交点处，交点为斜杆的中点，斜杆的端头与竖直杆的端头固定 连接;竖直杆垂直于十字架结构所属平面。
[0008] 上述方案中优选的是，梁式矩阵结构中每两个相邻的单胞通过共用竖直杆以及连 接十字架结构的直杆实现单胞之间的连接。
[0009] 上述任一方案中优选的是，十字架结构的直杆的长度与任意两相邻的竖直杆之间 的距离相等。保障十字架的直杆的端点恰好落在上述相邻的竖直杆连接所构成的平面内， 确保单胞之间连接的过程中不受干涉。
[0010] 上述任一方案中优选的是，十字架结构所属平面与面板所属平面互相平行。保障 单胞之间连接过程中十字架直杆连接过程中的位置的准确性。
[0011]上述任一方案中优选的是，单胞以增材制造技术制造而成。保障单胞结构的稳定 性，进一步优选的是，上述梁式矩阵结构同样采用增材制造技术制造而成，保障整个微桁架 夹层结构的结构稳定性。
[0012] 本实用新型所提供的微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】
[0013] 图1是按照本实用新型的微桁架夹层结构的一优选实施例的结构示意图，其中，构 成梁式矩阵结构的单胞为两个；
[0014] 图2是按照本实用新型的微桁架夹层结构的图1所示实施例的单胞的结构示意图；
[0015] 图3是按照本实用新型的微桁架夹层结构的图2所示单胞结构的俯视示意图；
[0016] 图4是按照本实用新型的微桁架夹层结构的图2所示单胞结构的侧视示意图；
[0017] 图5是按照本实用新型的微桁架夹层结构的梁式矩阵结构的结构示意图，其中，构 成梁式矩阵结构的单胞数量为四个。
[0018] 附图标记：
[0019] 1-梁式矩阵结构、2-单胞、3-十字架结构、4-斜杆、5-竖直杆、6-面板。
【具体实施方式】
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 如图1-5所示，本实用新型提供的微桁架夹层结构，包括两层面板6以及位于两层 面板6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包括 一个十字架结构3以及多个等长的斜杆4、多个等长的竖直杆5连接构成，其中，斜杆4的中点 与十字架结构3的交点固定连接，另一端连接竖直杆5的一端;十字架结构3的两直杆长度相 等且相互垂直并在直杆中点相交处形成交点；斜杆4两两成对处于同一平面内并相交在十 字架结构3的交点处，交点为斜杆4的中点，斜杆4的端头与竖直杆5的端头固定连接;竖直杆 5垂直于十字架结构3所属平面。
[0023] 上述本实用新型提供的微桁架夹层结构中，梁式矩阵结构1中每两个相邻的所述 单胞2通过共用竖直杆5以及连接十字架结构3的直杆实现单胞2之间的连接。十字架结构3 的直杆的长度与任意两相邻的竖直杆5之间的距离相等，使单胞2的整体处于一正方体范围 之内。单胞2连接过程中通过共用竖直杆5、连接不同单胞2的十字架结构3的直杆的端点连 接。十字架结构3所属平面与面板6所属平面互相平行。
[0024] 在具体的生产使用本实用新型提供的微桁架夹层结构过程中，单胞2以增材制造 技术制造而成。通过梁式矩阵结构1的设计需求，同样以单胞2为生产单位以增材制造技术 生产梁式矩阵结构1，保障结构整体的完整性、稳定性。
[0025] 以下通过实验数据对本实用新型提供的微桁架夹层结构进行进一步说明。单胞结 构中可设计参数为：竖杆长度L1，竖杆间距L2，竖杆直径D1，斜杆直径D2，横杆直径D3，横杆 端点为斜杆中心点。
[0026] 采用相同材料时利用本实用新型设计的类桁架夹层板与Kagome布局的夹层板进 行平压算例比对，由计算结果可知，在承担相同平压载荷lN/mm 2时，本实用新型设计的类桁 架夹层板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 70%。表1为对比试验数据。
[0027] 表 1 Γηη·7Η?
LTO29」本买用新型提供的微桁架灭层结构的优点在亍，结构简早，制造万使，装置椋足性 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。
[0030]以上结合本实用新型的微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，按照本实用新型的微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. 一种微桁架夹层结构，其特征在于，所述微桁架夹层结构包括两层面板(6)以及位于 两层所述面板(6)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； 每个所述单胞(2)包括一个十字架结构（3)以及多个等长的斜杆(4)、多个等长的竖直 杆(5)连接构成，其中，所述斜杆(4)的中点与所述十字架结构(3)的交点固定连接，另一端 连接所述竖直杆(5)的一端； 所述十字架结构（3)的两直杆长度相等且相互垂直并在所述直杆中点相交处形成交 占. 所述斜杆(4)两两成对处于同一平面内并相交在所述十字架结构(3)的交点处，所述交 点为所述斜杆(4)的中点，所述斜杆(4)的端头与所述竖直杆(5)的端头固定连接； 所述竖直杆(5)垂直于所述十字架结构(3)所属平面。2. 如权利要求1所述的微桁架夹层结构，其特征在于，所述梁式矩阵结构（1)中每两个 相邻的所述单胞(2)通过共用所述竖直杆(5)以及连接所述十字架结构(3)的所述直杆实现 所述单胞(2)之间的连接。3. 如权利要求1所述的微桁架夹层结构，其特征在于，所述十字架结构（3)的所述直杆 的长度与任意两相邻的竖直杆(5)之间的距离相等。4. 如权利要求1或3所述的微桁架夹层结构，其特征在于，所述十字架结构(3)所属平面 与所述面板(6)所属平面互相平行。5. 如权利要求1所述的微桁架夹层结构，其特征在于，所述单胞(2)以增材制造技术制 造而成。
【专利摘要】一种微桁架夹层结构，涉及飞机结构设计技术领域，包括面板以及梁式矩阵结构，梁式矩阵结构由多个相互连接的单胞组成；每个单胞中斜杆的中点与十字架结构的交点固定连接，另一端连接竖直杆的一端；斜杆两两成对处于同一平面内且中点相交在十字架结构的交点处，斜杆的端头与竖直杆的端头固定连接；竖直杆垂直于十字架结构所属平面。本实用新型提供的微桁架夹层结构结构简单，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，单胞承受力均匀，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，具有良好的适应性，不损失其力学特性。
【IPC分类】B64C1/06
【公开号】CN205203349
【申请号】CN201521027027
【发明人】肖山, 毕金英, 郑达
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月10日