含液点阵三明治结构及其制备方法

本发明涉及复合结构材料，具体是一种含液点阵三明治结构及其制备方法。

背景技术：

1、开发高效吸能材料和结构(eams)一直是科学家和工程师的研究热点，二维点阵结构中的蜂窝结构由于轻量化和高能量吸收密度，目前，蜂窝结构在航空航天，高速列车和汽车工业中被广泛应用以发挥承载载荷、吸收能量、吸收雷达波、传递热/流体等作用，成为应用最广泛的eams平台之一。蜂窝结构的开发、设计、制造和优化已被广泛研究，以往的许多工作都集中在优化胞元的几何形状、尺寸、拓扑结构和材料以提高胞元结构的能量吸收。

2、但无论是静态还是动态冲击载荷作用下，蜂窝结构其芯体单元（如板或者杆件结构）都会在达到峰值载荷后发生屈曲破坏，从而使得结构的承载及能量吸收效率大大降低，这使得其工程应用范围受到极大的限制。解决这一问题的一种方法是在蜂窝结构中添加额外填料，如泡沫铝，以提高细胞结构的刚度、强度和能量吸收，然而泡沫铝填料与胞元不匹配是蜂窝填充结构面临的一个重大挑战，在压缩变形过程中，泡沫铝填料与蜂窝结构的变形不相适应，削弱了泡沫铝通过对空心蜂窝芯体单元的横向支撑使得其屈曲变形模式转变为更为高阶的屈曲变形模式，从而承受载荷及吸收能量增多的效果。因此，蜂窝填充结构有待于改进。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种含液点阵三明治结构及其制备方法，该结构是一种兼顾力学性能并有助于优化结构的变形及耗能特性的多功能复合结构，通过用液体填料取代泡沫铝填料避免填充过程中填料与胞元不匹配的问题，从而获得具有更优力学性能、耗能特性的含液点阵三明治结构。

2、本发明提供了一种含液点阵三明治结构，包括上面板和下面板，上面板和下面板之间包夹蜂窝芯体形成的三明治夹层结构，所述蜂窝芯体每个单胞内填充由弹性材料包裹的液体，上面板与蜂窝芯体之间添加有隔热材料。

3、进一步改进，所述蜂窝芯体包括四方蜂窝、六边形蜂窝、八边形蜂窝、圆形蜂窝或类蜂窝。

4、进一步改进，所述弹性材料形成盒体结构，隔热材料形成盒体结构的盖子将液体包裹在盒体结构内部。

5、进一步改进，所述上面板和下面板采用不等厚、不同形貌的不对称设计。

6、进一步改进，所述上面板、下面板和蜂窝芯体由碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金、镁合金、钛合金或复合材料制备而成。

7、本发明还提供了一种含液点阵三明治结构的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、制成蜂窝芯板；

9、s2、采用冲压或滚压技术将平整过的板材切割制成上面板和下面板；

10、s3、去除步骤s2和s3所述上面板、下面板及蜂窝芯体的油污和锈迹后，放入烘干机内烘干备用；

11、s4、将步骤s1所述蜂窝芯体和步骤s2所述下面板连接；

12、s5、用弹性包裹材料装盛液体后密封置于蜂窝芯体单胞中；

13、s6、在弹性包裹材料外包裹隔热材料；

14、s7、将步骤s2所述上面板与步骤s4-s6所述含液结构连接制成含液点阵三明治结构。

15、进一步改进，所述步骤s1中，蜂窝芯板采用拉伸展开法、波纹压形胶接或钎焊法、融熔沉积成形法或扦插法制成。

16、进一步改进，所述步骤s4、s7中，连接过程采用钎焊、激光焊、搅拌摩擦焊或环氧胶。

17、本发明有益效果在于：

18、1、该结构在蜂窝三明治结构的基础上，进一步提高其力学与耗能特性，在泡沫铝填充金属点阵结构的基础上，由于液体可以自发地与胞元很好地贴合，避免了可能存在的填料与胞元不匹配问题。

19、2、可以通过调节面板、单胞设计参数以及调控蜂窝芯体内液体含量、液体布置位置以达到最优的力学性能和耗能特性。

20、3、在考虑某种特殊场合，如抗冲击或抗爆情况，采用上下面板不等厚、不同形貌等不对称设计可以进一步提高含液点阵三明治结构的力学特性。

21、4、在考虑某种特殊要求，如减震降噪、吸热、绿色环保情况，采用不同种类的液体以获取热、电、磁和阻尼特性。液体弹性包裹材料与隔热层可以依据液体种类与面板材料的选择进行调整。

22、5、含液点阵三明治结构不仅具有吸能降噪、轻质、高比刚度、高比强度、耐热等通性外，还具备良好的吸能散热、减震降噪的潜力，同时该发明具有绿色环保等优点，在航天航空、船舶、汽车、机械及土木工程领域应用前景非常广泛。

技术特征：

1.一种含液点阵三明治结构，其特征在于：包括上面板和下面板，上面板和下面板之间包夹蜂窝芯体形成的三明治夹层结构，所述蜂窝芯体每个单胞内填充由弹性材料包裹的液体，上面板与蜂窝芯体之间添加有隔热材料。

2.根据权利要求1所述的含液点阵三明治结构，其特征在于：所述蜂窝芯体包括四方蜂窝、六边形蜂窝、八边形蜂窝、圆形蜂窝或类蜂窝。

3.根据权利要求1所述的含液点阵三明治结构，其特征在于：所述弹性材料形成盒体结构，隔热材料形成盒体结构的盖子将液体包裹在盒体结构内部。

4.根据权利要求1所述的含液点阵三明治结构，其特征在于：所述上面板和下面板采用不等厚、不同形貌的不对称设计。

5.根据权利要求1所述的含液点阵三明治结构，其特征在于：所述上面板、下面板和蜂窝芯体由碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金、镁合金、钛合金或复合材料制备而成。

6.一种含液点阵三明治结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种含液点阵三明治结构的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，蜂窝芯板采用拉伸展开法、波纹压形胶接或钎焊法、融熔沉积成形法或扦插法制成。

8.根据权利要求6所述的一种含液点阵三明治结构的制备方法，其特征在于：所述步骤s4、s7中，连接过程采用钎焊、激光焊、搅拌摩擦焊或环氧胶。

技术总结
本发明提供了一种含液点阵三明治结构及其制备方法，该结构包括上面板和下面板，上面板和下面板之间包夹蜂窝芯体形成的三明治夹层结构，所述蜂窝芯体每个单胞内填充由弹性材料包裹的液体，上面板与蜂窝芯体之间添加有隔热材料。该结构在蜂窝三明治结构的基础上，进一步提高其力学与耗能特性，在泡沫铝填充金属点阵结构的基础上，由于液体可以自发地与胞元很好地贴合，避免了可能存在的填料与胞元不匹配问题。本发明含液点阵三明治结构不仅具有吸能降噪、轻质、高比刚度、高比强度、耐热等通性外，还具备良好的吸能散热、减震降噪的潜力，同时该发明具有绿色环保等优点，在航天航空、船舶、汽车、机械及土木工程领域应用前景非常广泛。

技术研发人员：赵振宇,卢天健,高辉遥,张磊,巨圆圆,任建伟,张智扬
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15