[发明专利]一种三明治类复合结构的N-1型正则元胞设计方法

说明书

本发明公开了一种三明治类复合结构的N‑1型正则元胞的设计方法。根据三明治类复合结构的设计要求确定三明治类复合结构的面板及夹芯层元胞的排布，获得夹芯层元胞设计约束；根据夹芯层元胞设计约束，构建夹芯层中元胞的元胞二维展开几何形状特征模型，并计算夹芯层中元胞的元胞二维展开几何形状特征模型的三维可成形系数和三维结构参数。本发明解决了设计的N‑1型正则元胞二维展开几何形状与实际的三维几何结构无法映射的问题，得到了N‑1型二维设计形状与三维几何结构的映射关系。

技术领域

本发明涉及了一种机械产品板件结构和设计方法，涉及一种三明治类复合结构的N-1型正则元胞设计方法。

背景技术

三明治类复合结构是一种由面板、夹芯层以及在面板和夹芯层之间的连接胶层所组成的物理结构与性能一体化的功能结构。三明治类复合结构具有比强度高、比模量大等优点，可以同时满足高强度、大刚度、轻质量等极端服役性能需求，并实现散热、隔振、电子屏蔽等特殊功能需求，在航空航天、舰艇船舶、高速列车、装甲防护等国防工业和民用安全领域都有着重要的应用，是航空航天飞行器、高速轨道车辆、高性能数控机床等重大装备产品实现结构大型化、重量轻质化、工况极端化的关键结构。由于三明治类复合结构的物理、力学性能与其具体结构尺寸相关联，且正则元胞相对于不规则元胞具有显著的性能优越性，因此对不同类型的正则三明治类复合结构的设计研究显得尤为重要。

N-1型正则三明治类复合结构是一种最简单的也最为常见的正则三明治类复合结构，针对N-1型正则三明治类复合结构的设计为其他正则元胞的设计奠定基础，目前，三明治类复合结构设计大多针对某一单一结构，缺少系统的针对一类三明治类复合结构的通用性设计方法。

发明内容

为了解决现有三明治类复合结构设计缺少系统的针对某类三明治结构的设计方法这一问题，本发明提供一种三明治类复合结构的N-1型正则元胞设计方法。

本发明采用的技术方案是：

一、一种三明治类复合结构：

包括上下面板以及上下面板之间的夹芯层元胞的，夹芯层元胞是底面为边数为N的正多边形、顶面为一点的正则元胞，上下面板之间形成夹芯层，元胞处于夹芯层。

所述的三明治类复合结构用于板件产品结构。

二、一种三明治类复合结构的N-1型正则元胞的设计方法：

根据三明治类复合结构的设计要求确定三明治类复合结构的面板及夹芯层元胞的排布，获得夹芯层元胞设计约束；根据夹芯层元胞设计约束，构建夹芯层中元胞的元胞二维展开几何形状特征模型，并计算夹芯层中元胞的元胞二维展开几何形状特征模型的三维可成形系数和三维结构参数。

所述方法具体步骤如下：

1)根据用户输入三明治类复合结构的设计要求获得三明治类复合结构的面板尺寸和夹芯层中元胞的排布尺寸；

2)根据三明治类复合结构的面板尺寸和夹芯层中元胞的排布尺寸，计算元胞底面圆形包容面半径r，作为夹芯层元胞设计约束；

3)根据夹芯层元胞设计约束，构建元胞的二维展开几何形状特征模型，并计算元胞的二维展开几何形状特征模型的三维可成形系数并进行判断和调整，再计算元胞二维展开几何形状特征模型的三维结构参数。

所述的三明治类复合结构是由上下两层面板以及夹在面板之间的夹芯层组成，夹芯层是由N-1型正则元胞构成。N表示元胞底面的角数，1表示元胞顶面的角数。

所述的N-1型正则元胞是底面为正N边形、顶面为一个点、侧面为由N个等腰三角形环绕于底面和顶面之间布置而成的三维正多面体，各个等腰三角形的底边连接于正N边形的各个边。