[发明专利]一种折角改进波纹胞元及其夹层结构

说明书

本发明提供了一种折角改进波纹胞元及其夹层结构，折角改进波纹胞包括波纹胞元本体，所述波纹胞元本体的两端设有与所述波纹胞元本体的顶面垂直的折角和中心结构面。折角改进波纹夹层结构包括折角改进波纹胞元，所述折角改进波纹胞元呈矩阵式排布，所述折角改进波纹胞元的上表面或下表面分别粘合有上面板或下面板.本发明折角改进波纹胞元能有效地提升波纹胞元面外能量吸收能力，并且不引入初始峰值力，对于其初始缺陷以及加载速率的敏感性大幅降低；折角改进波纹夹层结构通过采用折角改进波纹胞元的组合形成，可以适用于不同的实际工程应用要求，适宜用于动态载荷作用下的大型结构防护。

技术领域

本发明涉及夹层结构技术领域，尤其是涉及一种折角改进波纹胞元及其夹层结构。

背景技术

夹层结构因其轻量化设计、高吸能、高比强度等特性，已被广泛应用于爆炸、冲击等动态载荷的防护结构设计之中。夹层结构通常由上下面板和多胞夹层组成，夹层结构单元的拓扑结构形式多样，典型的结构形式有蜂窝、波纹、泡沫、点阵、格栅、负泊松比等。波纹夹层结构因其具备较高的比强度、抗弯强度和抗剪强度，兼具加工制造简便，成本较低等优势，被广泛应用到包装工程、交通运输和土木工程等领域的防护结构设计之中。

然而传统波纹夹层结构在压溃过程中表现出非均匀变化的压溃力、不稳定的变形失效模式、对初始缺陷极为敏感并且其力学特性受加载率影响较大，使其不适宜应用于能量吸收结构和动态载荷作用下的结构防护；同时波纹夹层结构面外抗压溃性能和抵抗动态载荷作用的防护性能远次于同相对密度的蜂窝夹层结构。因此为了从不同方面提升波纹夹层结构的力学性能，研究者们尝过将其它结构与波纹夹层结构进行组合，尝试对其进行结构优化，力图保持波纹夹层结构的原有性能优势之余，克服其存在的缺点与不足。比如，对波纹夹层结构的空隙部分填充泡沫铝结构，所得组合结构的能量吸收能力、平均压溃力较波纹夹层结构均有明显提高；对波纹夹层结构的空隙部分填充蜂窝结构，可使组合结构的比压缩强度、能量吸收和临界屈曲载荷大幅提高；在波纹夹层结构空隙部分填充沙、水和剪切增稠液体等，以提高其组合结构的抵抗冲击载荷的防护性能等。

现有波纹结构及改进技术方法的缺点：(1)传统波纹结构的面外压溃应力较低，其力学特性对其初始缺陷与加载速率极为敏感，不适宜用于爆炸冲击等动态载荷下的吸能防护结构。(2)现有波纹夹层结构的改进方法通常会导致结构增重，失去原有波纹夹层结构的轻量化设计的优势，同时额外增加的加工工艺，使结构制造成本提高；(3)现有波纹结构的改进方法通常会提升某一方面的性能，而牺牲波纹结构原有的优点，无法做到两者兼顾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种折角改进波纹胞元及其夹层结构，以提升传统波纹夹层结构的力学性能，减小其力学属性以及吸能特性对于结构初始缺陷以及加载速率的敏感性。

根据本发明的一个目的，本发明提供一种折角改进波纹胞元，包括波纹胞元本体，所述波纹胞元本体的两端设有与所述波纹胞元本体的顶面垂直的折角和中心结构面。

进一步地，所述折角和所述中心结构面与所述波纹胞元本体的两端为一体成型结构。

进一步地，所述折角和所述中心结构面通过所述波纹胞元本体的两端刚性折叠形成。

进一步地，所述波纹胞元本体包括所述顶面以及与所述顶面的两侧一体成型的侧壁。

进一步地，所述侧壁与所述顶面之间具有夹角。

进一步地，所述夹角为钝角。

根据本发明的另一个目的，本发明提供一种折角改进波纹夹层结构，包括所述折角改进波纹胞元，所述折角改进波纹胞元呈矩阵式排布，所述折角改进波纹胞元呈矩阵式排布，所述折角改进波纹胞元的上表面或下表面分别粘合有上面板或下面板。

进一步地，所述折角改进波纹胞元呈横向或纵向排列，呈纵向排列的所述折角改进波纹胞元之间设有连接板。

进一步地，所述连接板与相邻的所述折角改进波纹胞元之间为一体成型结构。