[发明专利]一种泡沫材料半填充波纹杂交夹层板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属-泡沫填充材料复合材料，具体涉及一种泡沫材料半填充波纹杂交夹层板及其制备方法。

背景技术

泡沫铝和PVC泡沫等泡沫材料具有高孔隙率，是一种轻质高强材料，在爆炸冲击载荷下有良好的缓冲吸能特性，但其横向抗剪强度和承载能力较弱，不适合单独作为承载结构。而钢制波纹夹层板刚度和承载能力较高，但波纹芯层的支撑强度较低，芯层壁板容易发生侧向失稳，不能充分发挥波纹夹层板的冲击吸能效应。将泡沫材料填充至波纹夹层板芯层的孔隙中，形成杂交夹层板，能够给芯层壁板提供侧向支撑，提高芯层壁板的压溃强度。这种杂交夹层板能将两种材料的性能进行综合互补，并实现结构的多功能化。

目前的杂交夹层板通常为全填充，即在芯层的所有孔隙中塞满泡沫填充材料。在进行防护结构的设计时，应该尽可能减小夹层板下面板的塑性变形。而在一定的爆炸冲击载荷下，由于泡沫填充材料对上、下面板及波纹芯层的连续支撑，上面板获得的速度和动能减小，通过泡沫填充材料传递到下面板的冲量增大，使下面板的速度和动能增大，导致下面板的塑性变形增大。最终上面板的吸能量减少，波纹芯层通过压缩变形和塑性失稳吸收的能量减少，下面板的吸能量增加。同时，由于芯层所有的孔隙中均塞满泡沫填充材料，当泡沫材料密度较大时，填充所带来的重量增量较为明显，且远离中心区域的泡沫填充材料对结构的吸能贡献不大，导致填充的增益有所下降。

如何使泡沫材料和金属材料二者优势互补，提高杂交夹层板的防护性能，同时降低结构的重量，提高杂交夹层板的比吸能，是本发明要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决波纹芯层壁板的侧向支撑强度和压溃强度低的缺点，提供一种泡沫材料半填充波纹杂交夹层板，增强芯层壁板的动力稳定性，提高夹层板的抗冲击能力和比吸能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种泡沫材料半填充波纹杂交夹层板，包括：上面板、波纹芯层、泡沫填充材料、以及下面板，波纹芯层位于上面板和下面板之间；泡沫填充材料制成柱状，其横截面形状尺寸与波纹芯层的孔隙形状尺寸相匹配；在波纹芯层靠近上面板一侧的所有孔隙中均塞满泡沫填充材料，或者在波纹芯层靠近下面板一侧的所有孔隙中塞满泡沫填充材料。

进一步地，波纹芯层的孔隙为梯形棱柱状；泡沫填充材料制成梯形棱柱状，其横截面形状尺寸与波纹芯层的孔隙形状尺寸相匹配。

进一步地，上面板、下面板和波纹芯层的材料为304不锈钢。

进一步地，泡沫填充材料为泡沫铝、PVC泡沫或聚氨酯泡沫。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种泡沫材料半填充波纹杂交夹层板的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用激光切割技术将金属板材切割成上下面板；

(2)采用模压、折叠技术将金属板材制成波纹芯层；

(3)采用激光焊接技术将波纹芯层和上下面板连接起来，形成金属夹层板；

(4)将泡沫材料加工成棱柱形状的泡沫填充材料，其横截面形状尺寸与波纹芯层中孔隙的空间形状尺寸相匹配；

(5)将泡沫填充材料插入金属夹层板波纹芯层的孔隙中进行填充，将靠近上面板一侧的孔隙全部塞满，或者将靠近下面板一侧的孔隙全部塞满，形成半填充波纹杂交夹层板。

进一步地，波纹芯层的孔隙为梯形棱柱状，步骤(3)将上面板和下面板分别与波纹芯层两侧的孔隙梯形上底焊接。

本发明具有的优点和积极效果是：泡沫填充材料一方面能通过自身的压溃变形吸收冲击能量，另一方面能提供支撑刚度的贡献，其对波纹芯层壁板的侧向支撑有利于提高芯层壁板的压溃强度和动力失稳临界载荷，使面板和波纹芯层的局部屈曲性能得以改善，能有效减小面板的塑性变形，两种材料的耦合提高了夹层结构的抗冲击性能。由于泡沫材料只填满了波纹芯层一半的孔隙，由此带来的重量增量并不明显，提高了填充的增益和夹层结构的比吸能。同时，这种半填充波纹杂交夹层板结构形式简单，易于制备且制备耗材较少。

附图说明

图1为波纹夹层板的结构示意图；

图2为梯形棱柱状泡沫填充材料的结构示意图；

图3为靠上面板一侧芯层孔隙填充的半填充波纹杂交夹层板的结构示意图；

图4为靠下面板一侧芯层孔隙填充的半填充波纹杂交夹层板的结构示意图；

图5为半填充波纹杂交夹层板制备工艺流程图。

其中：1.上面板，2.波纹芯层，3.下面板，4.泡沫填充材料。

具体实施方式