[发明专利]结构承载与振动控制一体化的复合点阵结构及其制备方法

说明书

本发明公开了结构承载与振动控制一体化的复合点阵结构，包括至少两夹层板和设置于两夹层板之间的芯体；所述芯体为极小曲面点阵结构；所述极小曲面点阵结构包括在三维空间内周期性规律排列并相互连接的多个极小曲面点阵单胞；所述极小曲面点阵单胞包括由极小曲面实体化形成的结构；其制作方法包括以下步骤：s1.利用Matlab软件绘制极小曲面，获得极小曲面点阵结构的表面，将所述极小曲面进行实体化处理形成极小曲面点阵结构单胞；将所述单胞在空间内阵列后形成极小曲面点阵结构的芯体；s2.选用适宜材料进行3D打印制作出所述芯体，并使其与两夹层固定相连；s3.将熔融态的阻尼材料灌入所述芯体的空隙中，冷却定型即可。

技术领域

本发明涉及材料结构技术领域，尤其涉及一种点阵夹层结构。该结构采 用极小曲面点阵结构作为芯层，采用阻尼材料作为夹层结构空隙填充材料， 有着轻质、多孔、高承载及减振等特性，能够进行结构振动的有效调节，在 承载振动控制一体多功能部件上有广泛的运用前景。

背景技术

随着我国航空航天、交通技术的飞速发展，集承载与振动控制于一体的 轻质部件的需求也愈发强烈。在满足功能要求的条件下，轻量化设计能够大 大减少制造资源与使用中的能源消耗；同时，将承载与振动控制复合于一体 的多功能部件设计也能够减少功能组件的使用数量，达到结构轻量化、系统 简单化与节约资源的目的。专利CN201810615351.1-一种轻质空间点阵结构 公布了一种具有高强度的轻量化空间点阵结构，但其与传统点阵结构类似， 均为设计的空间桁架结构，在杆系的交汇节点处会形成尖角，导致应力集中 现象的产生，进而影响到整体的承载特性。专利CN201710227184.9-9-一种点 阵-泡沫填充体夹芯板结构公布了一种具有高强度与优良抗冲击性的填充泡 沫材料的点阵夹芯板结构。该结构仍使用杆系结构为芯体主材，存在应力集 中的问题，同时填充材料仅仅增强了其抗冲击性，功能性单一，运用范围有 限。专利CN201920637765.4-一种吸声复合结构单元及具有其的吸声体阵列 公布了一种具有减振吸声功能，有效的减少声音传播的多孔结构设计。该结 构加工复杂，体积较大且仅仅具有防护功能，难以进行有效承载。由此可知， 传统桁架点阵结构承载性存在缺陷且功能单一，常用减振吸声结构并不具备 承载性，相较之下集承载与振动控制于一体的多功能复合点阵夹层结构有着 显著优势。

发明内容

为了降低交通装备制造与运行的资源损耗，实现飞机与汽车等部件的轻 量化设计，并满足部件承载性的需求；同时为了减少装备内额外减振功能部 件的使用，实现器件振动控制与整体结构的简单化设计。本发明的目的是创 新性的采用极小曲面结构作为夹层结构芯层主体，避免出现传统点阵结构节 点处尖角带来的应力集中问题，提升承载性能；在夹层空隙处填充阻尼材料 以达到减振效果，进行部件的振动控制；最终完成功能复合的点阵夹层结构 设计。

本发明的集承载与振动控制于一体的复合点阵夹层结构，包括至少两夹 层板和设置于两夹层板之间的芯体；所述芯体为极小曲面点阵结构；所述极 小曲面点阵结构包括在三维空间内周期性规律排列并相互连接的多个极小曲 面点阵单胞；所述极小曲面点阵单胞包括由极小曲面实体化形成的结构。

进一步，所述芯体内结构空隙中填充有阻尼材料。

进一步，所述极小曲面为Gyroid极小曲面；所述阻尼材料为硅胶。

本发明还公开了一种集承载与振动控制于一体的复合点阵夹层结构的制 作方法，包括以下步骤：

s1.利用Matlab软件绘制极小曲面，获得极小曲面点阵结构的表面，将所 述极小曲面进行实体化处理形成极小曲面点阵结构单胞；将所述单胞在空间 内阵列后形成极小曲面点阵结构的芯体；

s2.选用适宜材料进行3D打印制作出所述芯体，并使其与两夹层固定相 连；

s3.将熔融态的阻尼材料灌入所述芯体的空隙中，冷却定型即可。

进一步，步骤s1中，所述极小曲面为Gyroid极小曲面，其表达式为：