本發(fā)明涉及機械承載以及建筑材料領域，更具體地說，涉及一種加強型蜂窩復合板。

背景技術：

鋁蜂窩復合板由于其質(zhì)量小、強度高、剛性好、隔熱等優(yōu)點，使其在汽車、航空航天、機械等領域的高質(zhì)量、高能耗裝備中的應用越來越廣泛。

鋁蜂窩復合板材由上、下面板以及中間蜂窩夾芯組成，承載過程中，上、下面板承受較大部分的彎矩，中間蜂窩夾芯承受主要的剪力。

一方面，傳統(tǒng)的蜂窩夾芯結構以簡單單元胞體結構為主，結構設計較為單一，夾芯截面與上下面板的接觸面積小，使得蜂窩夾芯與面板的接觸強度偏低，容易導致面板與蜂窩芯剝離。

另一方面，目前單一的上、下面板設計難以滿足當前快速發(fā)展的工業(yè)設計需求，傳統(tǒng)的上、下面板以單層的輕薄鋁板為主，對抵抗外部低速沖擊與彎曲的性能較弱。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種提高蜂窩復合板的力學承載能力的加強型蜂窩復合板。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種加強型蜂窩復合板，包括蜂窩芯、上面板、下面板，蜂窩芯包括若干六邊形單元胞體，六邊形單元胞體的外單元胞體內(nèi)衍生有若干層尺寸逐漸縮小的內(nèi)單元胞體，內(nèi)單元胞體與外單元胞體共軸，而且相對的邊平行，相對的角通過壁面連接。

作為優(yōu)選，上面板、下面板為復合纖維鋪層，復合纖維鋪層為纖維鋪層、支撐片、纖維鋪層的夾層結構。

作為優(yōu)選，纖維鋪層包括多層交錯重疊布置的纖維布。

作為優(yōu)選，纖維鋪層為上鋪層、橫向鋪層、下鋪層的多層結構。

作為優(yōu)選，上鋪層、下鋪層包括多個鋪層單元，每個鋪層單元包括若干交錯重疊布置的纖維布。

作為優(yōu)選，鋪層單元包括豎直鋪纖維布、兩個對稱交叉的斜向鋪纖維布；橫向鋪層為橫向鋪纖維布，橫向鋪纖維布與上鋪層、下鋪層的鋪層單元交錯重疊于豎直鋪纖維布與斜向鋪纖維布的交叉位置。

作為優(yōu)選，蜂窩芯與上面板、蜂窩芯與下面板之間設置粘劑層。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述的加強型蜂窩復合板，對蜂窩芯進行改進，并通過加強型的復合纖維鋪層組合結構，在抗彎、低速沖擊方面擁有較好的力學特性。本發(fā)明的蜂窩芯以傳統(tǒng)簡單六邊形單元胞體為基礎進行多孔演化，采用周期性衍生的設計思路，使最外層的外單元胞體內(nèi)部衍生相應的內(nèi)單元胞體，具有較強的抗承載調(diào)節(jié)性和控制性，適合不同的外部承載條件。蜂窩芯的孔型增多且有規(guī)律排布，具有更加優(yōu)越的剛性強度和極限破壞載荷，其質(zhì)量輕、強度高的特點符合目前工業(yè)應用領域的需求，具有較好的輕量化特性。蜂窩芯的孔型增多，還增大了蜂窩芯與上面板、下面板的接觸面積，粘合力度更大，粘合更加緊密，降低了上面板、下面板與蜂窩芯剝離的損傷危害，提高了蜂窩復合板整體結構在面外承載過程中的穩(wěn)定性。

上面板、下面板為復合纖維鋪層，具有比強度高，比模量大，可設計性、抗腐蝕性和耐久性能好、熱膨脹系數(shù)大等特點。這些特點使得復合纖維鋪層能滿足現(xiàn)代結構承載向重載、輕質(zhì)高強等工業(yè)設計領域發(fā)展。復合纖維鋪層的三層結構可以有效的減緩上面板上表面的抗壓與下表面的抗拉帶來的損傷危害，一定程度上有效的提高了其抵抗低速沖擊以及彎曲的能力。鋪層單元交錯式多方向鋪層方式，有效提高上面板、下面板在異向工況下的承載能力。

本發(fā)明結構穩(wěn)定，可以適用于不同的領域承載條件與輕量化需求，能夠較好的表現(xiàn)其力學特性，可以應用在機械承載、建筑材料與工業(yè)裝備設計等方面，應用領域廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構爆炸示意圖；

圖2是六邊形單元胞體的橫截面示意圖(衍生兩層內(nèi)單元胞體)；

圖3是蜂窩芯的橫截面示意圖(衍生兩層內(nèi)單元胞體)；

圖4是六邊形單元胞體的橫截面示意圖(衍生一層內(nèi)單元胞體)；

圖5是蜂窩芯的橫截面示意圖(衍生一層內(nèi)單元胞體)；

圖6是上面板、下面板(復合纖維鋪層)的結構爆炸示意圖；

圖7是鋪層單元的結構示意圖；

圖8是纖維鋪層的結構示意圖(只截取局部進行示出)；

圖中：10是上面板，11是下面板，12是粘劑層，13是蜂窩芯，20是六邊形單元胞體，21是外單元胞體，22是內(nèi)單元胞體，23是壁面，30是纖維鋪層，301是上鋪層，302是下鋪層，303是橫向鋪層，31是支撐片，32是鋪層單元，321是豎直鋪纖維布，322是斜向鋪纖維布。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術存在的易剝離、抵抗外部低速沖擊與彎曲的性能弱等不足，提供一種加強型蜂窩復合板，如圖1所示，包括蜂窩芯13、上面板10、下面板11，為了增加蜂窩芯13與上面板10、下面板11之間的粘合強度，在蜂窩芯13與上面板10、蜂窩芯13與下面板11之間設置粘劑層12，將蜂窩芯13、上面板10、下面板11粘合為一體，增強蜂窩芯13與上面板10、下面板11之間的粘合強度。

蜂窩芯13包括若干六邊形單元胞體20，為了增強蜂窩芯13的力學抗承載能力，本發(fā)明的蜂窩芯13以傳統(tǒng)簡單六邊形單元胞體20為基礎進行多孔演化，采用周期性衍生的設計思路，如圖2至圖5所示，六邊形單元胞體20的外單元胞體21內(nèi)衍生有若干層尺寸逐漸縮小的內(nèi)單元胞體22，內(nèi)單元胞體22與外單元胞體21共軸，而且相對的邊平行，相對的角通過壁面23連接。即最外層的外單元胞體21內(nèi)部衍生相應的內(nèi)單元胞體22，則蜂窩芯13的橫截面呈仿生的蜘蛛網(wǎng)結構。與現(xiàn)有技術的蜂窩芯13相比，本發(fā)明所述的蜂窩芯13的孔型增多且有規(guī)律排布，表現(xiàn)出更加優(yōu)越的剛性強度和極限破壞載荷；質(zhì)量輕強度高的特點符合目前工業(yè)應用領域的需求，輕量化特性表現(xiàn)優(yōu)越。

本發(fā)明通過對蜂窩芯13進行多孔有規(guī)律的衍生變化，蜂窩芯13的孔型增多，增大了蜂窩芯13與上面板10、下面板11的接觸面積，粘合力度更大，粘合更加緊密，蜂窩芯13與上面板10、下面板11的接觸強度增大，降低了上面板10、下面板11與蜂窩芯13剝離的材料損傷危害，提高了蜂窩復合板整體結構在面外承載過程中的穩(wěn)定性。

內(nèi)單元胞體22的尺寸大小可以由比例公式ψ₁＝L₁/L₀與ψ₂＝L₂/L₀確定。如圖2、圖3所示，其中L₀為最外層的外單元胞體21邊長，L₁為次小級內(nèi)單元胞體22邊長，L₂為最小級內(nèi)單元胞體22邊長，構型中有0≤L₂≤L₁，0≤ψ₂≤ψ₁恒成立。當ψ₂＝0時，如圖4、圖5所示，外單元胞體21內(nèi)部只有一個內(nèi)單元胞體22。

則蜂窩芯13的相對密度公式可以用來表示。其中，t為蜂窩厚度。由相對密度公式可知，通過改變厚度t,大邊長L₀,以及比例ψ₁的方式，可以確定其相對密度值，而結構的相對密度決定了其動態(tài)承載能力。由此，通過設計合理的參數(shù)值來調(diào)節(jié)蜂窩芯13的相對密度，從而可以達到控制和調(diào)節(jié)本發(fā)明的動態(tài)承載能力，使得本發(fā)明的蜂窩芯13的應用面更廣，力學性能可控性強，達到較好改善其力學抗承載能力的目的。

本發(fā)明的上面板10、下面板11為復合纖維鋪層，如圖6所示，復合纖維鋪層為纖維鋪層30、支撐片31、纖維鋪層30的夾層結構。其中，復合纖維鋪層具有比強度高，比模量大，可設計性、抗腐蝕性和耐久性能好，熱膨脹系數(shù)大等特點，使得復合纖維鋪層能滿足現(xiàn)代結構承載向重載、輕質(zhì)高強等工業(yè)設計領域發(fā)展。支撐片31(如薄鋁片)上下表面均貼附著復合纖維鋪層，當本發(fā)明所述的蜂窩復合板承力時，上面板10最先受到力的作用，通過復合纖維鋪層對支撐片31的兩面進行適當強化，可以有效的減緩上面板10上表面的抗壓與下表面的抗拉帶來的損傷危害，一定程度上有效的提高了其抵抗低速沖擊以及彎曲的能力。

其中，纖維鋪層30包括多層交錯重疊布置的纖維布，采用交錯式多方向鋪層方式，有效提高面板異向工況下的承載能力。如圖7、圖8所示，纖維鋪層30為上鋪層301、橫向鋪層303、下鋪層302的多層結構。上鋪層301、下鋪層302包括多個鋪層單元32，每個鋪層單元32包括若干交錯重疊布置的纖維布。鋪層單元32包括豎直鋪纖維布321、兩個對稱交叉的斜面鋪纖維布322；橫向鋪層303為橫向鋪纖維布，橫向鋪纖維布與上鋪層301、下鋪層302的鋪層單元32交錯重疊于豎直鋪纖維布321與斜面鋪纖維布322的交叉位置。其中，斜面鋪纖維布322與豎直鋪纖維布321之間形成的鋪設角度、材料類型、纖維層數(shù)、厚度等可根據(jù)不同應用領域進行相應的實施。鋪層單元32的纖維布與纖維布之間、鋪層單元32的纖維布與支撐板之間均可通過增強型環(huán)氧樹脂等粘劑充分粘貼。本實施例中，纖維布可包括玻璃纖維增強復合材料(GFRP)、碳纖維增強復合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強復合材料(AFRP)等。

纖維鋪層30的交錯式多方向鋪層結構，一方面可提高上鋪層301、橫向鋪層303、下鋪層302之間的接觸強度，提高纖維材料的鋪層強化作用，另一方面可均勻提高粘貼上面板10、下面板11不同方向的力學承載。本發(fā)明中通過蜂窩芯13的結構與纖維鋪層30的材料分布相結合，使其較傳統(tǒng)的蜂窩結構在面外承載狀態(tài)下表現(xiàn)出更加優(yōu)越的力學性能。綜合纖維增強型的上面板10、下面板11與蜂窩芯13的設計，本發(fā)明的蜂窩復合板抵御低速沖擊與抗彎的能力得到整體提高。

本發(fā)明從蜂窩芯13和上面板10、下面板11出發(fā)，對蜂窩復合板(如鋁制蜂窩復合板)進行了整體設計，且區(qū)別于傳統(tǒng)的簡單鋁蜂窩夾芯結構，整體上改善了傳統(tǒng)鋁蜂窩夾芯結構的抗承載能力。本發(fā)明所述的蜂窩復合板可以應用到任何相關的承載性復合板中，例如墻體復合板，復合地板等。

上述實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定。只要是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)，對上述實施例進行變化、變型等都將落在本發(fā)明的權利要求的范圍內(nèi)。