[发明专利]一种增强型叠加空心点阵结构及其应用

说明书

本发明属于点阵结构领域，并具体公开了一种增强型叠加空心点阵结构及其应用，其包括多个三维周期性重复排列的增强型空心点阵单胞，该增强型空心点阵单胞包括外围基础空心单胞和内芯支撑空心单胞，所述外围基础空心单胞与所述内芯支撑空心单胞在重心上重合，且所述内芯支撑空心单胞的连接杆连接点与所述外围基础空心单胞的连接杆中点重合。本发明在实心单胞结构的连接杆体中间去除部分实心，形成空心点阵单胞，实现轻量化；所生产的增强型叠加空心单胞由两种空心单胞所组成，叠加点阵结构的体积低于两种基础点阵结构单独实施下的体积之和，但具备强度高于二者单独工作下的强度之和，最大承载位移高于基础结构单独作用下最大承载位移的特性。

技术领域

本发明属于点阵结构领域，更具体地，涉及一种增强型叠加空心点阵结构及其应用。

背景技术

当前，随着科技水平的进步，航空航天领域已经不局限于基础飞行，飞行中节能减排成为主流话题，如机翼和起落架采用比强度较高的轻质合金点阵结构可以实现减震、吸声、轻量化，进而实现节能减排，因此航空领域亟需解决机身轻量化与结构高比强度的问题。

目前科研工作者一般从材料选择和结构设计方面着手，而材料的创新因研发周期长，造成较大局限性，结构设计在该领域占主导地位，如专利CN2018106153511一种轻质空间点阵结构公开了一种具有高强度的轻量化空间点阵结构实现高比强度。然而，以往结构设计多为独立的连接杆三维组合而成单个点阵结构，如专利CN2017102312783公开一种具有功能梯度的点阵结构，但设计出的结构性能很难与自身对比得出结构性能是否提升的结论。于是当两种独立的点阵结构组合成新的点阵结构后若性能具备“1+12”的效果，则该结构可进一步实现轻量化和高比强度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种增强型叠加空心点阵结构及其应用，其目的在于，采用两种基础空心点阵结构单胞进行三维组合构成增强型空心点阵单胞，再对其进行周期性重复排列得到增强型叠加空心点阵结构，该叠加空心点阵结构的强度高于两个基础空心点阵结构单独实施下强度之和，最大承载位移分别高于种基础结构单独作用下的最大承载位移，实现结构的轻量化和高比强度。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种增强型叠加空心点阵结构，其包括多个三维周期性重复排列的增强型空心点阵单胞，该增强型空心点阵单胞包括外围基础空心单胞和内芯支撑空心单胞，所述外围基础空心单胞与所述内芯支撑空心单胞在重心上重合，且所述内芯支撑空心单胞的连接杆连接点与所述外围基础空心单胞的连接杆中点重合。

作为进一步优选的，所述外围基础空心单胞包括12条长度相等的半圆柱体空心连接杆，其中，每2条连接杆在自身中点部位处垂直交叉组合共形成6个正方形面，该6个正方形面按照正方体的6个面排布方式组成外围基础空心单胞。

作为进一步优选的，所述内芯支撑空心单胞包括12条长度相等的空心连接杆，其中4条连接杆组成正方形，另外4条连接杆在该正方形所在面的一侧分布，且每条连接杆的一端与正方形4个顶点分别连接，4条空心连接杆的另一端连接于一点；剩下的4条空心连接杆分布于该正方形所在平面的另一侧，且每条连接杆的一端与正方形4个顶点分别连接，4条空心连接杆的另一端连接于一点。

作为进一步优选的，所述内芯支撑空心单胞中连接杆长度为所述外围基础空心单胞中连接杆长度的0.5倍。

作为进一步优选的，所述外围基础空心单胞中的连接杆长度为增强型空心点阵单胞棱长的倍，所述内芯支撑空心单胞中的连接杆长度为增强型空心点阵单胞棱长的倍。

作为进一步优选的，所述外围基础空心单胞和内芯支撑空心单胞中的连接杆，其空心直径与完整外径的比均为0.5。

作为进一步优选的，所述外围基础空心单胞和内芯支撑空心单胞中的连接杆的空心直径为0.4mm，完整外径为0.8mm。

作为进一步优选的，所述增强型空心点阵单胞的棱长为3mm。