一種緩沖夾層板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種緩沖夾層板，包括上夾板、下夾板和中間緩沖層，所述中間緩沖層為薄壁多邊形柵格?柱結(jié)構(gòu)，該中間層薄壁多邊形柵格?柱結(jié)構(gòu)由多邊形柵格單元和交匯于相鄰多邊形柵格單元間的空心薄壁柱構(gòu)成，所述多邊形格柵單元的格柵壁端部連接在所述薄壁柱的壁面上，所述薄壁柱的圓心在所述格柵壁交匯處的中心。其中薄壁柱結(jié)構(gòu)能有效約束格柵壁的平面外變形，提高格柵壁屈曲后強(qiáng)度以及彈塑性變形能力，并且保證二者始終共同工作，有效提高夾層板抗壓強(qiáng)度和緩沖性能，得到重量更輕、強(qiáng)度更高、緩沖性能更好的夾層板，特別適用于航空航天、船舶交通等對夾層板緩沖性能要求較高等領(lǐng)域，可以有效保障主體結(jié)構(gòu)和人們的生命財產(chǎn)安全。
【專利說明】
一種緩沖夾層板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種夾層板，尤其涉及一種芯層具有薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)緩沖夾 層板，其格柵壁和柱都具有薄壁特征。
【背景技術(shù)】
[0002] 在節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為產(chǎn)品主要評價指標(biāo)的今天，新型輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的研究受到人 們的重視。夾芯板以其重量輕、剛度大、緩沖性能好等特點成為航空、航天、鐵路、汽車、建筑 等領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)之一。由于一開始制作成本較高，上世紀(jì)50年代起主要用于航空航 天領(lǐng)域。后隨著科技進(jìn)步，工藝方法的改進(jìn)逐漸應(yīng)用到其他工業(yè)領(lǐng)域。制作夾層板的材料有 紙質(zhì)、復(fù)合材料、樹脂、金屬等。夾層板輕質(zhì)高強(qiáng)的特點主要由于其中間芯層為結(jié)構(gòu)。但自夾 層板使用以來，可能是因為格柵壁薄已經(jīng)很?。ㄈ玟X的，紙質(zhì)的，有的在〇.〇1毫米以下），對 于夾層是薄壁結(jié)構(gòu)的夾層板幾乎沒有改進(jìn)，有改進(jìn)的大多是新型復(fù)合材料的夾層板，如手 征夾層板，一體化夾層板等。因此，幾十年來對于芯層是薄壁結(jié)構(gòu)的夾層板來說，其芯層或 是六邊，方格等形狀的變化，或是尺寸大小的變化，而幾乎沒有對夾層芯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)， 從而導(dǎo)致其各項力學(xué)性能沒有本質(zhì)提高，沒有緊跟現(xiàn)代科技的發(fā)展、開拓緩沖夾層板更大 的應(yīng)用潛力。之前陳錦祥等提出芯層具有加強(qiáng)柱的夾層板，但經(jīng)過理論分析與實驗證明之 后得出以下結(jié)論:雖然蜂窩夾層板可以有效提高蜂窩板的抗壓性能，抗彎性能以及彈性變 形性能等非彈性變形方面的各項力學(xué)性能指標(biāo)，但對應(yīng)用于要求具有塑性變形的緩沖吸能 等用途，則無法滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供了一種塑性 變形能力強(qiáng)，緩沖性能好的緩沖夾層板。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種緩沖夾層板，包括上夾板、下夾板和中間緩沖層，其特征在于:所述中間緩沖 層為薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)，該中間層薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)由多邊形柵格單元和交匯 于相鄰多邊形柵格單元間的空心薄壁柱構(gòu)成，所述多邊形格柵單元的格柵壁端部連接在所 述薄壁柱的壁面上，所述薄壁柱的圓心在所述格柵壁交匯處的中心。
[0006] 所述薄壁柱與上夾板和下夾板直接相連。
[0007] 所述多邊形柵格單元為正三角形、正方形或正六邊形。
[0008] 所述薄壁柱壁厚不小于相鄰兩薄壁柱圓心之間距離的四分之一，所述格柵壁壁厚 是薄壁柱壁厚的0.5~2倍。
[0009] 所述上夾板、下夾板和中間緩沖層之間采用粘接劑連接或一次成型；所述中間多 邊形柵格單元與薄壁柱之間采用粘接劑連接、一次成型或卡扣式連接。
[0010] 在所述中間緩沖層和薄壁柱內(nèi)填充耐火保溫隔聲材料。
[0011]所述上夾板和下夾板是平面板或曲面板。
[0012]本發(fā)明緩沖夾層板中，通過優(yōu)化調(diào)整薄壁柱的厚度與中間緩沖層的高度之間的比 例關(guān)系，將作用在夾層板表面的沖擊轉(zhuǎn)移到中間緩沖層上并吸收沖擊力，從而有效約束格 柵壁的平面外變形，提高格柵壁屈曲后強(qiáng)度以及彈塑性變形能力，并且保證二者始終共同 工作。相比于傳統(tǒng)夾層板，其極限抗壓承載力，破壞時的豎向變形能力，緩沖性能等都有明 顯提升。相比添加了實心小柱的夾層板，則能節(jié)約材料，充分發(fā)揮材料的性能，使得結(jié)構(gòu)的 質(zhì)量分布更均勻，更加合理;相比薄壁柱內(nèi)有格柵壁的夾層板，更加節(jié)約材料，同時，以它為 骨架，填充功能材料時，也更加容易進(jìn)行填充?？偠灾?，它是一種重量輕、強(qiáng)度高、緩沖性 能好的夾層結(jié)構(gòu)，適用于各種領(lǐng)域，特別適用于航空航天、船舶交通等對夾層板緩沖性能要 求較高等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013]圖1加強(qiáng)柱夾層板與傳統(tǒng)夾層板應(yīng)力分布圖。
[0014] 其中（a)加強(qiáng)柱夾層板；（b)傳統(tǒng)夾層板
[0015] 圖2加強(qiáng)柱夾層板和傳統(tǒng)夾層板荷載等效示意圖。
[0016] 其中(al，bl)加強(qiáng)柱夾層板;（a2，b2)傳統(tǒng)夾層板 [0017]圖3加強(qiáng)柱夾層板的破壞形式。
[0018] 圖4加強(qiáng)柱夾層板單元格柵壁交匯處的斷面共享情況分析模型。
[0019] 其中（a)格柵壁1的分區(qū)情況，（b)三個格柵壁半圓的分區(qū)，（c)傳統(tǒng)格柵壁單元的 分區(qū)。
[0020] 圖5為本發(fā)明薄壁多邊形格柵-柱結(jié)構(gòu)緩沖夾層板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖6為圖5的中間層薄壁多邊形格柵-柱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為實驗?zāi)Ｐ统叽缡疽鈭D。
[0023]其中，（a)夾層板的整體尺寸；（b)緩沖夾層板芯層結(jié)構(gòu)尺寸 [0024] (c)傳統(tǒng)夾層板芯層結(jié)構(gòu)尺寸
[0025] 圖8為緩沖夾層板與傳統(tǒng)夾層板的平壓荷載-位移曲線。其中BHP為薄壁多邊形柵 格-柱結(jié)構(gòu)的緩沖夾層板;THP為傳統(tǒng)夾層板
[0026] 圖9為緩沖夾層板與傳統(tǒng)夾層板芯層結(jié)構(gòu)變形圖。
[0027] 其中，（al_a4)為緩沖夾層板;（bl_b4)為傳統(tǒng)夾層板 [0028]圖10為可扣搭式緩沖夾層板示例。
【具體實施方式】
[0029]此內(nèi)容由兩部分組成：
[0030]第一部分通過加強(qiáng)柱夾層板中的小柱應(yīng)力分布及理論分析得到加強(qiáng)柱外圍所承 受的荷載遠(yuǎn)大于加強(qiáng)柱芯層，為本發(fā)明提供理論基礎(chǔ)。
[0031]第二部分為本發(fā)明的【具體實施方式】，通過對具有薄壁特征的多邊形格柵-柱結(jié)構(gòu) 的緩沖夾層板以及傳統(tǒng)夾層板進(jìn)行平壓實驗得出結(jié)論：當(dāng)加強(qiáng)柱和格柵壁具有薄壁特征 時，其具有比傳統(tǒng)夾層板更加優(yōu)秀的抗壓及緩沖性能。
[0032] 第一部分:理論基礎(chǔ)
[0033]圖1為加強(qiáng)柱夾層板和傳統(tǒng)夾層板中間（半高)位置的應(yīng)力云圖。傳統(tǒng)夾層板的應(yīng) 力集中分布于格柵壁的中央部位（圖1(a)，箭頭），格柵壁交叉處應(yīng)力較小（圖1(a)，圓圈）； 而加強(qiáng)柱夾層板的應(yīng)力集中只出現(xiàn)在小柱和格柵壁的外表面（圖1(b)，圓圈和箭頭），小柱 中心的應(yīng)力極低，其中心處等云圖的顏色幾乎與面板的相同（圖1(b)，圓心）。
[0034]為了考察出現(xiàn)前述應(yīng)力分布特征的原因，圖2給出了夾層板結(jié)構(gòu)及說明壓力荷載f 等效過程的示意圖。并把分到面積六1區(qū)域的荷載記為匕（圖2，i = l，，n)，圖中荷載f#Pf3 直接通過邊框Ai和芯層A3的傳遞至下面板；而荷載f#Pf4則會等效到邊框AdPA3上（圖2 (al))。當(dāng)格柵壁靠近邊框且邊框正好位于六角格柵對稱線時，A#PA 4面積不同、且對Y軸等 不對稱時（例如圖1(a)，黑色點畫線），傳遞到芯層A3上的荷載大小不同，從而會對其產(chǎn)生彎 矩作用（圖2，M〇)。這也使得相應(yīng)的格柵壁實際上受到集中荷載F以及彎矩Mo的共同作用，容 易會發(fā)生如圖2(bl，b2)虛線所示的側(cè)向彎曲；當(dāng)格柵壁兩側(cè)均為完整的格柵時（如圖1(a) 白色點畫線），可認(rèn)為格柵壁受到一對大小相等的等效力作用。對于傳統(tǒng)夾層板，這對等效 力疊加的結(jié)果是格柵壁中間位置的等效力大，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重(如圖1(a)箭頭），格柵壁 三叉處的等效力少，應(yīng)力低（圖1(a)，圓圈）。對于加強(qiáng)柱夾層板圖1(b)，小柱成了主要承受 等效力的主體，且等效力主要分布在小柱的外圍（圖1(b)，圓圈）。這樣不僅有效地減少了小 柱中心部的分?jǐn)偤奢d（圖1(b)，圓心），而且還減輕了格柵壁中間位置的等效力（圖1(b)，箭 頭）。同理，靠近邊框的格柵壁或小柱，其靠近邊框一側(cè)，即圖2(al)Y軸左側(cè)分?jǐn)偟降暮奢d將 明顯少于右則，因此靠近邊框一側(cè)應(yīng)力集中現(xiàn)象都明顯減少（圖1(a)，圖1(b)，星號）。至此， 從夾層板結(jié)構(gòu)及其荷載f等效過程，非常圓滿地解析了圖1的有限元解析結(jié)果，首次闡明了 加強(qiáng)柱本身的應(yīng)力具有芯層低、外層高的分布特征。因此夾層板芯層中的多邊形格柵-柱結(jié) 構(gòu)具備薄壁特征時，能夠更好地發(fā)揮柱結(jié)構(gòu)的功能和作用。
[0035] 在前一段中，探明了加強(qiáng)柱夾層板中小柱芯層和外圍應(yīng)力分布不同的現(xiàn)象。本段 將考察格柵-小柱結(jié)構(gòu)中小柱所起的共享抗壓彎機(jī)制。至于夾層板芯層彎矩產(chǎn)生的原因，既 可以如前所述的靠近邊框格柵壁兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對稱（如圖2(al)，圖2(a2)中，面積A 2，A4的不 同），也可能是因為實際荷載的不均勻性、制造誤差所造成。從而使格柵壁處于壓彎狀態(tài)（圖 2中Mo代表各種原因所產(chǎn)生的彎矩之和）。從實驗結(jié)果來看，根據(jù)格柵壁側(cè)向彎曲程度不同， 產(chǎn)生的破壞形式也不同：斜壓破壞圖3(a，b，三角)和側(cè)向彎曲破壞圖3(c，箭頭，該格柵壁兩 端無小柱），后者即為典型的壓彎破壞形態(tài)。
[0036] 以圖4(a)格柵壁1為例，可以從幾何結(jié)構(gòu)上非常直觀地揭示出蘊藏在格柵-小柱結(jié) 構(gòu)中抗壓的奧秘：位于三個格柵壁交叉處的小柱，不僅是均攤的三分之一小柱面積（圖4 (a)，120°所標(biāo)之處)對格柵壁1的側(cè)向抗彎剛度作了貢獻(xiàn)，而且均攤給格柵壁2和3的小柱面 積（圖4(b)，0 1L和01R所標(biāo)之處)也對格柵壁1的側(cè)向抗彎剛度作了貢獻(xiàn)。按此類推，半圓對格 柵壁1的抵抗矩的貢獻(xiàn)只有三分之一是獨立的（圖4(b)，陰影部分），而另外三分之二分別與 格柵壁2和3共享(圖4(b)，0 1L02R03L01R)。盡管傳統(tǒng)格柵壁在交叉處也存在共享現(xiàn)象（圖4(c)， 0il92r93l9ir)，但通過比較圖4(b)和圖4(c)可知，格柵-小柱結(jié)構(gòu)具有如下特征：1)格柵壁在 交叉處共用的面積明顯增加，即多了圖4(c)中五角星所標(biāo)的部分;2)且該共享部分的面積 遠(yuǎn)離Y軸，對Y軸的截面抵抗矩的貢獻(xiàn)大;3)格柵壁的長度顯著減少（圖4((：)，1〇1 〇〈1&1^)。再 通過前述小柱共享抗側(cè)彎機(jī)制（圖4)，因此加強(qiáng)柱夾層板中小柱結(jié)構(gòu)使得格柵壁具有更好 的側(cè)向抗彎性能，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)格柵壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化作用。根據(jù)前節(jié)中所述的應(yīng)力分布規(guī)律 不難理解，如果在同體積情況下，薄壁的小柱將比實心小柱的夾層板具有更好的抗側(cè)向抗 彎性能。
[0037] 第二部分:本發(fā)明【具體實施方式】
[0038] 本發(fā)明實施的結(jié)構(gòu)示意圖及中間夾層示意圖分別如圖5、圖6所示，該緩沖夾層板 由上下夾板和中間夾層所組成，上下夾板為平板，中間夾層為夾層狀的正六邊形的柵格緊 密排列而成，每3個正六邊形的柵格壁1的交接處均設(shè)有一個薄壁柱2，如圖6所示。柱必須具 備薄壁特征，與格柵壁一起形成薄壁多邊形格柵-柱結(jié)構(gòu)，這樣的芯層結(jié)構(gòu)所形成的夾層板 可以更好的發(fā)揮加強(qiáng)柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，達(dá)到具有較強(qiáng)的塑性變形，滿足吸能、耗能的目的。采 用平壓實驗并與傳統(tǒng)夾層板相比較，闡明了具有薄壁柱結(jié)構(gòu)的緩沖夾層板擁有更優(yōu)的力學(xué) 性能，探究薄壁柱結(jié)構(gòu)在平壓過程中對芯層的影響和破壞機(jī)理。實驗所用的緩沖夾層板和 傳統(tǒng)夾層板整體模型尺寸如圖7(a)所示，由3D打印技術(shù)一體成型，且兩種不同結(jié)構(gòu)的夾層 板其芯層截面積相同，即體積相同，因此更具有可比性。兩種夾層板的平壓性能采用平壓試 驗測定，試驗采用位移加載模式，平壓試驗裝置為CMT5105電子萬能材料試驗機(jī)，加載速率 為lmm/min〇
[0039] 圖8(a)為緩沖夾層板和傳統(tǒng)夾層板平壓實驗的荷載-位移曲線，由該曲線可知，1) 緩沖夾層板中的薄壁柱結(jié)構(gòu)能有效地約束與之連接的格柵壁的平面外屈曲，提高其屈曲后 強(qiáng)度以及彈塑性變形能力。即使格柵壁和薄壁柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，二者也不會完全退出工作， 可以繼續(xù)共同承擔(dān)豎向荷載。傳統(tǒng)夾層板的格柵壁在平壓過程中產(chǎn)生平面外屈曲變形，并 發(fā)生脆性破壞;2)由于上述薄壁柱的作用，使得緩沖夾層板的極限抗壓承載力比傳統(tǒng)夾層 板高出15.4% ; 3)緩沖夾層板完全破壞時的豎向變形為6mm，而傳統(tǒng)夾層板在豎向變形達(dá)到 3.7mm時完全破壞，其豎向變形能力比傳統(tǒng)夾層板增加60%，說明緩沖夾層板的延性顯著高 于傳統(tǒng)夾層板。且在壓縮過程中，緩沖夾層板為延性破壞，傳統(tǒng)夾層板為脆性破壞;4)分別 設(shè)緩沖夾層板以及傳統(tǒng)夾層板的平壓荷載-位移曲線方程分別為其 中1^(1)為豎向荷載，X為緩沖夾層板的豎向變形，依據(jù)公式1對二者的荷載-位移曲線進(jìn)行 積分可得兩種緩沖夾層板從開始受壓到破壞時所吸收能量的大小。可得緩沖夾層板在整個 壓縮過程中吸收的能量為184.8J，而傳統(tǒng)夾層板則為88.4J，比傳統(tǒng)夾層板增加110%，說明 緩沖夾層板具有更強(qiáng)的變形耗能能力。當(dāng)緩沖夾層板受到?jīng)_擊荷載時，可吸收更多的沖擊 能量，從而更好地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)和人們的生命財產(chǎn)安全。
[0040]
[0041 ]其中△一兩種緩沖夾層板完全破壞時所對應(yīng)的豎向變形
[0042]為得到緩沖夾層板和傳統(tǒng)夾層板芯層結(jié)構(gòu)的破壞情況，使用鋸條將兩種緩沖夾層 板的一側(cè)面板切開，得到圖9中緩沖夾層板(a)及傳統(tǒng)夾層板(b)芯層結(jié)構(gòu)變形圖。由兩種緩 沖夾層板實際芯層變形圖可知（圖9(al)，圖9(bl))，在豎向荷載作用下，緩沖夾層板芯層結(jié) 構(gòu)中的格柵壁和薄壁柱結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生S型的波浪狀變形（圖9(al)箭頭）；傳統(tǒng)夾層板芯層結(jié)構(gòu) 中的格柵壁則只向其一側(cè)發(fā)生鼓曲，產(chǎn)生C型變形，格柵壁交匯處出現(xiàn)明顯的扭轉(zhuǎn)變形（圖9 (bl)箭頭，星號）。當(dāng)傳統(tǒng)芯層格柵壁中部發(fā)生破壞而退出工作，繼續(xù)承擔(dān)豎向荷載的是格 柵壁交匯處形成的三角形柱，而緩沖夾層板芯層結(jié)構(gòu)中本身就存在薄壁柱結(jié)構(gòu)。因此為了 方便比較兩種緩沖夾層板平壓性能的不同，將兩種芯層結(jié)構(gòu)都看作是由小柱結(jié)構(gòu)和格柵壁 (薄板)結(jié)構(gòu)組成（圖9(a2)、圖9(b2)) :緩沖夾層板芯層組成為薄壁柱和格柵壁，二者在A，B， C處連接;傳統(tǒng)夾層板芯層結(jié)構(gòu)組成為三角形柱和格柵壁，二者在Υ ,Β'，(/處連接，且假設(shè) 格柵壁交匯處的三角形柱范圍如圖9(b3)虛線圓所示，其直徑與薄壁柱相同。將圖9(al)，圖 9(bl)中虛線框所示范圍作為研究緩沖夾層板和傳統(tǒng)夾層板芯層結(jié)構(gòu)的基本單元，其變形 情況如圖9(a2)，圖9(b2)所示。下面分別從格柵壁交匯處小柱的破壞形式、格柵壁的邊緣約 束條件及其平面外屈曲變形模態(tài)三個方面來闡明薄壁柱結(jié)構(gòu)對夾層芯層破壞方式的影響。
[0043] 1)格柵壁交匯處小柱的破壞形式：由上述分析可知，兩種芯層結(jié)構(gòu)之間的根本區(qū) 別是格柵壁交匯處的小柱形狀不同：一個是薄壁柱，另一個是由格柵壁組成的三角形柱。眾 所周知，在豎向荷載作用下柱子會發(fā)生壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)三種變形形式，其中彎曲和扭轉(zhuǎn)屬 于失穩(wěn)變形，其臨界承載力遠(yuǎn)低于壓縮變形。首先由于進(jìn)行的是平壓實驗，因此處于格柵壁 交匯處的小柱(無論是薄壁柱還是三角形柱)肯定會發(fā)生壓縮變形。其次由于二者周圍有格 柵壁作為側(cè)向支撐，因此很難因彎曲變形而發(fā)生破壞。在這種情況下，扭轉(zhuǎn)變形則成為決定 小柱破壞的主要因素。在豎向荷載下，閉口截面的薄壁柱的抗扭剛度剛度遠(yuǎn)高于開口截面 的三角形柱，因此如圖9(a3，b3)所示，薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)的緩沖夾層板中的薄壁柱結(jié) 構(gòu)幾乎不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，而是由于壓縮形成S型的波浪狀變形;傳統(tǒng)夾層板中的三角形柱則 以扭轉(zhuǎn)變形為主，三片格柵壁形成C形的平面外屈曲。顯然，薄壁柱的壓縮變形承載力明顯 高于三角形柱的扭轉(zhuǎn)屈曲承載力。
[0044] 2)格柵壁的邊緣約束條件：由上述分析可知，在相同的豎向荷載情況下三角形柱 繞〇點產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角Θ(圖9(b2))。也正因如此，雖然薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)的夾層芯層結(jié)構(gòu) 以及傳統(tǒng)夾層芯層結(jié)構(gòu)的格柵壁都分別與薄壁柱和三角形柱相連，但實際上格柵壁(其本 質(zhì)為一塊薄板)的邊緣約束條件是不同的，如圖9(a4)，圖9(b4)所示。上下面板不會發(fā)生平 面外轉(zhuǎn)動，因此兩種不同芯層結(jié)構(gòu)中的格柵壁與上下面板之間都是固接（圖9(a4)，圖9(b4) 實線）。但由于三角形柱在豎向荷載作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角Θ，根據(jù)二者的變形協(xié)調(diào)原則，與之連 接的格柵壁在Y，B'，(/處也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)角Θ，所以傳統(tǒng)格柵壁實質(zhì)為鉸接（圖9(b4)虛線）；薄 壁柱則以壓縮變形為主，幾乎不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，因此其格柵壁和小柱之間的連接為固接（圖9 (a4)實線）。也就是說，緩沖夾層板中的格柵壁實質(zhì)是為四邊固接的薄板，而傳統(tǒng)夾層板中 的格柵壁則為兩邊固接，兩邊鉸接。
[0045] 3)格柵壁平面外屈曲變形模態(tài)：由于上述薄板與小柱的連接方式以及小柱結(jié)構(gòu)本 身破壞形式的不同導(dǎo)致格柵壁的平面外屈曲變形模態(tài)也是不同的。根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則，緩 沖夾層板芯層結(jié)構(gòu)中格柵壁發(fā)生的平面外屈曲變形模態(tài)與薄壁柱結(jié)構(gòu)相同，為三個半波的 波浪狀變形以83^0，即薄板的第三階屈曲模態(tài)），而傳統(tǒng)格柵壁與三角形柱相同，為只有 一個半波的C型變形(A4'，即薄板的第一階屈曲模態(tài)）。根據(jù)薄板屈曲理論，薄板發(fā)生第三 階屈曲模態(tài)的臨界荷載值要大于第一階屈曲模態(tài)。
[0046] 綜上所述，薄壁多邊形格柵-柱結(jié)構(gòu)緩沖夾層板和傳統(tǒng)夾層板看似相近的芯層結(jié) 構(gòu)，其在荷載作用下的變形和破壞方式則完全不同。這一精巧的優(yōu)化設(shè)計則使得格柵壁交 匯處小柱的破壞形式、格柵壁本身的邊緣約束條件及其平面外屈曲變形模態(tài)都產(chǎn)生了變 化，并進(jìn)一步影響整體夾層板的塑性變形性能。如前所述，薄壁多邊形格柵-柱結(jié)構(gòu)夾層板 已初步證實其抗壓及緩沖性能相對于傳統(tǒng)夾層板有明顯提升，是一種重量更輕、強(qiáng)度更大、 塑性變形能力更好的夾層板結(jié)構(gòu)。除了常規(guī)領(lǐng)域，更適用于航空航天、船舶或交通運輸?shù)葘?蜂窩板緩沖耗能能力要求更高的領(lǐng)域。所以其應(yīng)用范圍極其廣泛，是對傳統(tǒng)夾層板的一次 重大革新，為緩沖耗能結(jié)構(gòu)提供了新的研究方向。
[0047]本發(fā)明緩沖夾層板，不同的材料其制造方法可以完全不同，如用樹脂、塑料，可用 模具整體成型；如用纖維材料，可采用織造方法;如用金屬材料，可用粘連方法及沖壓相結(jié) 合的方法成型。
[0048]本發(fā)明多邊形柵格結(jié)構(gòu)不限于正六邊形的夾層狀結(jié)構(gòu)，這種柵格結(jié)構(gòu)也可以是正 三角形、正方形結(jié)構(gòu)。薄壁柱的形狀可以是圓形或多邊形。
[0049] 實施例1 一種輕質(zhì)高強(qiáng)封邊緩沖夾層板
[0050] 該結(jié)構(gòu)由上下夾板，以及含有薄壁柱的柵格層組成。板材四周根據(jù)需要制成與板 材一體的封邊結(jié)構(gòu)，便于規(guī)格化使用；
[0051 ]實施例2-種輕質(zhì)高強(qiáng)保溫隔熱緩沖夾層板
[0052] 該結(jié)構(gòu)除了由上下夾板，以及含有薄壁柱的柵格層組成外，所選用的材料均系保 溫隔熱性能較好的材料，且在中間層空腔處填塞保溫材料，實現(xiàn)該板材在輕質(zhì)高強(qiáng)的基礎(chǔ) 上，還具有相應(yīng)優(yōu)良的保溫隔熱性能；
[0053] 實施例3-種輕質(zhì)高強(qiáng)隔音緩沖夾層板
[0054]該結(jié)構(gòu)除了由上下夾板，以及含有薄壁柱的柵格層組成外，在空腔中填塞隔音性 能較好的材料，使得該板材達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)隔音的目的；
[0055] 實施例4 一種輕質(zhì)高強(qiáng)夾層曲面板
[0056] 該結(jié)構(gòu)依然由上下夾板，以及含有薄壁柱的柵格層組成，但在制作時，通過調(diào)整模 具，實現(xiàn)板面由平變曲，增強(qiáng)板材的適用范圍；
[0057] 實施例5-種輕質(zhì)高強(qiáng)可搭扣式緩沖夾層板
[0058] 該結(jié)構(gòu)除了有上下夾板，含有薄壁柱的柵格層，以及四周的封邊外，在封邊處還設(shè) 計有相應(yīng)的搭接扣件(如圖10所示），方便板材在使用時的拼接。
【主權(quán)項】
1. 一種緩沖夾層板，包括上夾板、下夾板和中間緩沖層，其特征在于:所述中間緩沖層 為薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)，該中間層薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)由多邊形柵格單元和交匯于 相鄰多邊形柵格單元間的空心薄壁柱構(gòu)成，所述多邊形格柵單元的格柵壁端部連接在所述 薄壁柱的壁面上，所述薄壁柱的圓心在所述格柵壁交匯處的中心。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖夾層板，其特征在于:所述薄壁柱與上夾板和下夾板直接 相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖夾層板，其特征在于:所述多邊形柵格單元為正三角形、 正方形或正六邊形。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖夾層板，其特征在于:所述薄壁柱壁厚不大于相鄰兩薄壁 柱圓心之間距離的四分之一，所述格柵壁壁厚是薄壁柱壁厚的0.5~2倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖夾層板，其特征在于:所述上夾板、下夾板和中間緩沖層 之間采用粘接劑連接或一次成型；所述中間多邊形柵格單元與薄壁柱之間采用粘接劑連 接、一次成型或卡扣式連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緩沖夾層板，其特征在于:在所述中間緩沖層和薄壁柱內(nèi)填充 耐火保溫隔聲材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄壁多邊形柵格-柱結(jié)構(gòu)緩沖夾層板，其特征在于:所述上夾 板和下夾板是平面板或曲面板。
【文檔編號】B32B3/08GK105946298SQ201610424319
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】陳錦祥, 張曉明, 謝娟, 徐夢燁
【申請人】東南大學(xué)