[发明专利]一种基于弧形壁波纹板的静不定负泊松比蜂窝结构

说明书

本发明属于吸能领域，具体的本发明是一种基于弧形壁波纹板的静不定负泊松比蜂窝结构。包括上层面板、中间的空腔负泊松比夹芯层和下层面板。所述上、下层面板为复合材料实心平板。所述中间的空腔负泊松比夹芯层是由波纹板和支撑板构成，其中每两个带不同弧形壁的波纹板呈双箭矢形堆叠并和若干个薄壁支撑板组合构成负泊松比夹芯层的纵向周期性最小单元。与传统正六边形蜂窝结构相比，该结构的优点在于负泊松比蜂窝具有更高的压缩刚度和强度，同时通过波纹板间支撑板形成的静不定结构进一步提高了结构稳定性。本发明的蜂窝结构应用在缓冲、隔振、抗冲击吸能装置，能显著提高整体装置的承载和能量吸收能力。

技术领域

本发明属于缓冲、隔振、抗冲击吸能装置的技术领域，具体的本发明是一种基于弧形壁波纹板的静不定负泊松比蜂窝结构。

背景技术

近年来随着国家在航天航空、汽车、国防战略和工程装备等领域的迅速发展，如何不断推进材料和结构设计科学发展从而在提高结构承载能力的同时减轻重量已成为国内外机械、力学和材料等领域众多科研学者和工程技术人员关注的重点。在此背景下，蜂窝结构材料凭借其高比强度和比刚度以及高强轻质吸能的特性，在工程装备设计中具有广阔的应用前景。具有负泊松比特性的材料和结构具备更高的剪切韧性、压痕阻力、断裂韧性和抵抗裂纹的能力，在蜂窝结构的设计中通过构型设计引入负泊松比特性为提高蜂窝结构的力学性能提供了一种全新的设想和途径。

但传统蜂窝结构由于高孔隙率和单一周期性结构的几何特征，在服役过程中承受极限载荷后会因为某处胞壁失效而导致整体屈曲和失稳的现象，这势必会对相应装置的力学性能产生不利的影响。中国专利CN108527945B公开了一种心形孔格的柔性蜂窝的制备方法，该专利是利用柔性薄层材料叠合形成具有心形孔格的柔性蜂窝结构，虽然具有各向柔性，但整体结构承载能力不足，无法满足工程装备领域的服役要求，且制备方法无法用于制作金属蜂窝结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于弧形壁波纹板的静不定负泊松比蜂窝结构，包括上层面板、中间的空腔负泊松比夹芯层和下层面板。中间的空腔负泊松比夹芯层是由波纹板和支撑板构成，其中每两个带不同弧形壁的波纹板呈双箭矢形堆叠并和若干个薄壁支撑板组合构成负泊松比夹芯层的纵向周期性最小单元。该结构的优点在于负泊松比蜂窝具有更高的压缩刚度和强度，同时通过波纹板间支撑板形成的静不定结构进一步提高了结构稳定性。。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于弧形壁波纹板的静不定负泊松比蜂窝结构，包括上层面板、中间的空腔负泊松比夹芯层和下层面板；

所述空腔负泊松比夹芯层由多个纵向周期性单元沿纵向平面相邻布置形成，所述纵向周期性单元包括带不同弧形壁的上波纹板和下波纹板，所述上波纹板和下波纹板均由多个波纹子单元依次排列构成，每个波纹子单元包括一个下平台壁、位于下平台壁两侧的的两个弧形壁、和分别与两个弧形壁相连的半个上平台壁；

所述上波纹板的弧形壁向下凹，下波纹板的弧形壁向上凸，上波纹板的上平台壁与下波纹板对应的上平台壁堆叠形成横向分布的多个双箭矢构型，所述每个双箭矢构型包括上波纹板的一个波纹子单元和下波纹板的一个波纹子单元。

进一步的，所述上波纹板和下波纹板的厚度恒定且一致，上波纹板的弧形壁的圆弧角度为θ₁，圆弧半径为r₁,下波纹板的弧形壁的圆弧角度为θ₂,圆弧半径为r₂，上波纹板的弧形壁和下波纹板的弧形壁的圆弧外侧相切，且几何关系满足θ₁+θ₂＝π/2和r₂/cosθ₂-r₂＝r₁。

进一步的，所述上波纹板和下波纹板的厚度为0.5～1.8mm，所述上波纹板的弧形壁的曲率半径在4mm～9mm之间，下波纹板的弧形壁的曲率半径在10mm～20mm之间。

进一步的，所述上波纹板和下波纹板的波纹子单元的数量相等且均为10～20个。