[发明专利]组装式高承载周期性多孔结构

说明书

本发明公开了一种组装式高承载周期性多孔结构，所述组装式高承载周期性多孔结构由多个可组装的多孔单胞连接而成，每个可组装的多孔单胞由6片环块和8个角码组成，6片环块装配后呈立方体，立方体8个顶点内侧分别安装8个角码，通过螺栓连接环块和角码形成多孔单胞，通过螺栓组连接不同的多孔单胞形成周期性多孔结构。通过改变环块和角码尺寸，可进一步调控周期性多孔结构的承载性能。本发明将多孔单胞分解为多个零件，通过机械连接方式组装形成多孔单胞和周期性多孔结构，可避免加工设备和工艺的限制，在低成本前提下实现任意尺寸和形状丰富的高承载周期性多孔结构的制备，提高了周期性多孔结构的工程适用性。

技术领域

本发明属于周期性多孔结构设计领域，更具体地，涉及一种组装式高承载周期性多孔结构的设计。

背景技术

周期性多孔结构是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成的网状结构，具有低密度、高强度以及吸能承载等优良的力学性能，在车辆、船舶、航空航天和医学等领域具有广泛的应用。周期性多孔结构通过设计基础单胞的拓扑构型和几何尺寸，可以实现功能和特性的调控，具有可设计性强、结构性能稳定的特点。

周期性多孔结构虽然性能优良，但其复杂的制造工艺易限制其工程应用。目前主要采用的周期性多孔结构制造工艺有增材制造法、熔模铸造法、变形成形法和金属丝编织法等。上述制造工艺虽然能够加工不同构型和材料的周期性多孔结构，但仍然面临加工尺寸有限、加工成本高昂等问题。其一，能够制造的最大周期性多孔结构受到设备自身尺寸的限制，导致周期性多孔结构的制备尺寸受限；其二，周期性多孔结构拓扑构型复杂，需要特殊工艺和辅助设备，导致周期性多孔结构制造成本较高。突破制造工艺限制是周期性多孔结构应用实际工程亟待解决的难题，为了实现大批量、大尺寸、低成本、高承载周期性多孔结构的制备与应用，本发明提供了一种组装式高承载周期性多孔结构。将高承载多孔单胞分解为多个零件，每个分解的零件可以通过注塑、冲压等传统工艺大批量加工，通过机械连接方式组装零件形成多孔单胞，再通过机械连接方式组装单胞形成周期性多孔结构，在低成本前提下实现任意尺寸和形状丰富的高承载周期性多孔结构的制备。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供一种组装式高承载周期性多孔结构，该结构由多个环块和角码通过螺栓组连接而成。6片环块和8个角码可组装成一个单胞，多个单胞又可通过螺栓组进行周期性连接。环块和角码可采用传统的加工工艺进行大批量制备，降低了生产成本，消除了加工尺寸的限制。此外，设计的多孔结构单胞以及周期性多孔结构具有优良的承载性能，能够满足工程应用的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种组装式高承载周期性多孔结构，所述周期性多孔结构由多个可组装的多孔单胞连接而成，每个可组装的多孔单胞由6片环块和8个角码构成，6片环块配合后呈立方体，立方体8个顶点内侧分别安装角码，通过第一螺栓组连接环块和角码形成多孔单胞，通过第二螺栓或第三螺栓组连接不同的多孔单胞形成任意尺寸和形状丰富的周期性多孔结构。

所述环块外侧呈八边形，内侧是封闭对称的曲线，具有一定的厚度；环块设计有2套安装孔，第一套安装孔为4个通孔，设置在与x、y轴平行的边上，第二套安装孔为4个台阶孔，设置在x、y轴呈±45°的边的中点处；所述环块与x、y轴平行的边的侧面设计为45°斜面，与x、y轴呈±45°的边的侧面设计为90°平面；环块在与x轴呈0度、45度、90度和135度方位关于中心对称。

所述环块与x、y轴平行的边的长度为其外形构成的正方形边长的1/4~2/3，环块的厚度为其外形构成的正方形边长的1/15~1/8。

所述角码由三个正交的三角块构成，每个三角块均设有尺寸相同的安装孔，安装孔为通孔且轴线相互垂直。