一种轻质多层级正交波纹夹芯结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质多层级正交波纹夹芯结构及其制备方法，该多层级结构包括一级上面板、一级下面板以及设置在一级上面板与一级下面板间的一级正交波纹芯体，一级上面板、一级下面板以及一级正交波纹芯体均由二级上面板、二级下面板以及设置在二级上面板与二级下面板间的二级芯体组成；本发明专利技术还公开了多层级结构的制备方法；本发明专利技术多层级结构会延迟结构发生弹性屈曲的时间，使得整个多层级结构的抗局部变形的能力得到增强；芯层的正交设计所形成的间隙为结构的多功能化设计提供了空间，可以根据工程应用的需求放置功能元器件、填充吸声材料或其它功能材料，从而实现多功能化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及船舶船体、飞机结构、海洋平台、汽车车体、高速列车和建筑等领域，特别涉及一种轻质多层级正交波纹夹芯结构及其制备方法。
技术介绍
随着近些年来低密度的“夹芯”用于不同结构以来，夹芯材料和结构在很多领域以其优异的性能发挥着重要的作用。夹芯材料和结构主要是用低密度的芯材来降低其重量，其承载能力要比相同体积的实体层状结构强好几倍。夹芯结构具有高比强度、高比刚度、耐冲击/撞击等优点，由于这些优异的性能使得世界各国对该类材料和结构的研究和开发更加重视。夹芯结构是由两层较薄的表层面板和用来提供支撑两块面板作用的轻质夹芯所组成的。面板材料通常有金属或非金属等。夹芯材料可以采用金属泡沫、格栅材料、蜂窝铝、波纹金属薄片等材料，几何结构可以采用梯形。波纹夹芯结构由于其质量轻、强度高、容易成型和制造成本低而广泛应用于航空航天、船舶、高速列车等交通运输工具。波纹夹芯结构具有轻质、高强、容易加工制造、降噪、良好的抗冲击性能和吸能特性等优点。该类结构已在航空飞机腹板、舰船地板和舱室、高速列车和建筑等领域得到广泛的应用。但是目前所用的波纹夹芯结构具有明显的各项异性，对于传统的横观各向异性的波纹夹芯结构在面内正交两个方向的抗剪切能力和抗弯曲能力则完全不同，垂直于波纹方向的抗弯曲能力明显大于平行于波纹方向的抗弯曲能力；平行于波纹方向的抗剪切能力明显大于垂直于波纹方向的抗剪切能力，且抗局部屈曲变形和局部坍塌的能力较低，从而使得波纹夹芯结构在工程应用中具有明显的局限性。为了避开这些设计上的缺陷，需要开发具有轻质、耐冲击、隔声、降噪等优点的多功能复合材料与结构。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种轻质多层级正交波纹夹芯结构及其制备方法，该多层级结构能够有效地保护放置于正交近似各向同性波纹夹芯结构背部的目标，且制备方法简单。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种轻质多层级正交波纹夹芯结构，包括一级上面板1、一级下面板2以及设置在一级上面板1与一级下面板2间的一级正交波纹芯体；所述一级上面板1和一级下面板2均由二级上面板5、二级下面板6以及设置在二级上面板5与二级下面板6间的二级正交波纹芯体组成；所述二级正交波纹芯体由相叠加X方向二级波纹芯体7和Y方向二级波纹芯体8组成；所述一级正交波纹芯体由相叠加X方向一级波纹芯体3和Y方向一级波纹芯体4组成；所述X方向一级波纹芯体3由X方向二级上面板9、X方向二级下面板10以及X方向二级芯体11组成；Y方向一级波纹芯体4由Y方向二级上面板12、Y方向二级下面板13以及Y方向二级芯体14组成；所述X方向一级波纹芯体3是由X方向一级波纹芯体的基本单元沿Y方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；Y方向一级波纹芯体4是由Y方向一级波纹芯体的基本单元沿X方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；X方向一级波纹芯体3和Y方向一级波纹芯体4在平面XY的投影面是相互垂直的，所述X方向一级波纹芯体3和Y方向一级波纹芯体4与一级上面板1和一级下面板2粘接为一体结构；所述X方向二级波纹芯体7是由X方向二级波纹芯体的基本单元沿Y方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；Y方向二级波纹芯体8是由Y方向二级波纹芯体的基本单元沿X方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；X方向二级波纹芯体7和Y方向二级波纹芯体8在平面XY的投影面是相互垂直的，所述X方向二级波纹芯体7和Y方向二级波纹芯体8与二级上面板5和二级下面板6粘接为一体结构；X方向二级芯体11与X方向二级上面板9和X方向二级下面板10粘接为一体结构；Y方向二级芯体14与Y方向二级上面板12和Y方向二级下面板13粘接为一体结构；所述X方向一级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个X方向一级波纹芯体顶端3-1和X方向一级波纹芯体底端3-2组成，X方向一级波纹芯体顶端3-1的中心和相邻X方向一级波纹芯体底端3-2中心向平面XY的投影连线与Y轴平行，相邻的X方向一级波纹芯体的基本单元的间距在Y方向上与X方向一级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述Y方向一级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个Y方向一级波纹芯体顶端4-1和Y方向一级波纹芯体底端4-2组成，Y方向一级波纹芯体顶端4-1的中心和相邻Y方向一级波纹芯体底端4-2中心向平面XY的投影连线与X轴平行，相邻的Y方向一级波纹芯体的基本单元的间距在X方向上与Y方向一级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述X方向一级波纹芯体顶端3-1的中心和Y方向一级波纹芯体底端4-2中心连线与Z轴平行；所述X方向一级波纹芯体底端3-2的中心和Y方向一级波纹芯体顶端4-1中心连线与Z轴平行；所述X方向二级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个X方向二级波纹芯体顶端7-1和X方向二级波纹芯体底端7-2组成，X方向二级波纹芯体顶端7-1的中心和相邻X方向二级波纹芯体底端7-2中心向平面XY的投影连线与Y轴平行，相邻的X方向二级波纹芯体的基本单元的间距在Y方向上与X方向二级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述Y方向二级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个Y方向二级波纹芯体顶端8-1和Y方向二级波纹芯体底端8-2组成，Y方向二级波纹芯体顶端8-1的中心和相邻Y方向二级波纹芯体底端8-2中心向平面XY的投影连线与X轴平行，相邻的Y方向二级波纹芯体的基本单元的间距在X方向上与Y方向二级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述X方向二级波纹芯体顶端7-1的中心和Y方向二级波纹芯体底端8-2中心连线与Z轴平行；所述X方向二级波纹芯体底端7-2的中心和Y方向二级波纹芯体顶端8-1中心连线与Z轴平行。所述X方向一级波纹芯体3和Y方向一级波纹芯体4组成的一级正交波纹芯体为正交梯形结构；所述X方向二级波纹芯体7和Y方向二级波纹芯体8组成的二级正交波纹芯体为正交梯形结构。所述X方向一级波纹芯体3和Y方向一级波纹芯体4与一级上面板1和一级下面板2通过激光焊接或强力胶粘接为一体结构；X方向二级波纹芯体7和Y方向二级波纹芯体8与二级上面板5和二级下面板6通过激光焊接或强力胶粘接为一体结构；X方向二级芯体11与X方向二级上面板9和X方向二级下面板10通过强力胶粘接为一体结构；Y方向二级芯体14与Y方向二级上面板12和Y方向二级下面板13通过强力胶粘接为一体结构。所述二级上面板5和二级下面板6的厚度相同或不同，材料相同或不同；X方向二级上面板9和X方向二级下面板10的厚度相同或不同，材料相同或不同；Y方向二级上面板12和Y方向二级下面板13的厚度相同或不同，材料相同或不同。所述二级上面板5、二级下面板6、X方向二级波纹芯体7、Y方向二级波纹芯体8、X方向二级上面板9、X方向二级下面板10、Y方向二级上面板12和Y方向二级下面板13材料为金属或非金属；X方向二级芯体11和Y方向二级芯体14为泡沫或波纹芯体。上述所述轻质多层级正交波纹夹芯结构的制备方法，当X方向一级波纹芯体3和Y方向一级波纹芯体4组成正交梯形结构，同时X方向二级波纹芯体7和Y方向二级波纹芯体8也组成正交梯形结构时，采用高速工具钢制作梯形凹陷模具，然后采用梯形凹陷模具的梯形冲压压头冲压薄铝板形成梯形波纹型结构，然后通过激光切割机将梯形波纹结构切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质多层级正交波纹夹芯结构，其特征在于：包括一级上面板(1)、一级下面板(2)以及设置在一级上面板(1)与一级下面板(2)间的一级正交波纹芯体；所述一级上面板(1)和一级下面板(2)均由二级上面板(5)、二级下面板(6)以及设置在二级上面板(5)与二级下面板(6)间的二级正交波纹芯体组成；所述二级正交波纹芯体由相叠加的X方向二级波纹芯体(7)和Y方向二级波纹芯体(8)组成；所述一级正交波纹芯体由相叠加X方向一级波纹芯体(3)和Y方向一级波纹芯体(4)组成；所述X方向一级波纹芯体(3)由X方向二级上面板(9)、X方向二级下面板(10)以及X方向二级芯体(11)组成；Y方向一级波纹芯体(4)由Y方向二级上面板(12)、Y方向二级下面板(13)以及Y方向二级芯体(14)组成；所述X方向一级波纹芯体(3)是由X方向一级波纹芯体的基本单元沿Y方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；Y方向一级波纹芯体(4)是由Y方向一级波纹芯体的基本单元沿X方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；X方向一级波纹芯体(3)和Y方向一级波纹芯体(4)在平面XY的投影面是相互垂直的，所述X方向一级波纹芯体(3)和Y方向一级波纹芯体(4)与一级上面板(1)和一级下面板(2)粘接为一体结构；所述X方向二级波纹芯体(7)是由X方向二级波纹芯体的基本单元沿Y方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；Y方向二级波纹芯体(8)是由Y方向二级波纹芯体的基本单元沿X方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；X方向二级波纹芯体(7)和Y方向二级波纹芯体(8)在平面XY的投影面是相互垂直的，所述X方向二级波纹芯体(7)和Y方向二级波纹芯体(8)与二级上面板(5)和二级下面板(6)粘接为一体结构；X方向二级芯体(11)与X方向二级上面板(9)和X方向二级下面板(10)粘接为一体结构；Y方向二级芯体(14)与Y方向二级上面板(12)和Y方向二级下面板(13)粘接为一体结构；所述X方向一级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个X方向一级波纹芯体顶端(3‑1)和X方向一级波纹芯体底端(3‑2)组成，X方向一级波纹芯体顶端(3‑1)的中心和相邻X方向一级波纹芯体底端(3‑2)中心向平面XY的投影连线与Y轴平行，相邻的X方向一级波纹芯体的基本单元的间距在Y方向上与X方向一级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述Y方向一级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个Y方向一级波纹芯体顶端(4‑1)和Y方向一级波纹芯体底端(4‑2)组成，Y方向一级波纹芯体顶端(4‑1)的中心和相邻Y方向一级波纹芯体底端(4‑2)中心向平面XY的投影连线与X轴平行，相邻的Y方向一级波纹芯体的基本单元的间距在X方向上与Y方向一级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述X方向一级波纹芯体顶端(3‑1)的中心和Y方向一级波纹芯体底端(4‑2)中心连线与Z轴平行；所述X方向一级波纹芯体底端(3‑2)的中心和Y方向一级波纹芯体顶端(4‑1)中心连线与Z轴平行；所述X方向二级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个X方向二级波纹芯体顶端(7‑1)和X方向二级波纹芯体底端(7‑2)组成，X方向二级波纹芯体顶端(7‑1)的中心和相邻X方向二级波纹芯体底端(7‑2)中心向平面XY的投影连线与Y轴平行，相邻的X方向二级波纹芯体的基本单元的间距在Y方向上与X方向二级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述Y方向二级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个Y方向二级波纹芯体顶端(8‑1)和Y方向二级波纹芯体底端(8‑2)组成，Y方向二级波纹芯体顶端(8‑1)的中心和相邻Y方向二级波纹芯体底端(8‑2)中心向平面XY的投影连线与X轴平行，相邻的Y方向二级波纹芯体的基本单元的间距在X方向上与Y方向二级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述X方向二级波纹芯体顶端(7‑1)的中心和Y方向二级波纹芯体底端(8‑2)中心连线与Z轴平行；所述X方向二级波纹芯体底端(7‑2)的中心和Y方向二级波纹芯体顶端(8‑1)中心连线与Z轴平行。...

【技术特征摘要】
1.一种轻质多层级正交波纹夹芯结构，其特征在于：包括一级上面板(1)、一级下面板(2)以及设置在一级上面板(1)与一级下面板(2)间的一级正交波纹芯体；所述一级上面板(1)和一级下面板(2)均由二级上面板(5)、二级下面板(6)以及设置在二级上面板(5)与二级下面板(6)间的二级正交波纹芯体组成；所述二级正交波纹芯体由相叠加的X方向二级波纹芯体(7)和Y方向二级波纹芯体(8)组成；所述一级正交波纹芯体由相叠加X方向一级波纹芯体(3)和Y方向一级波纹芯体(4)组成；所述X方向一级波纹芯体(3)由X方向二级上面板(9)、X方向二级下面板(10)以及X方向二级芯体(11)组成；Y方向一级波纹芯体(4)由Y方向二级上面板(12)、Y方向二级下面板(13)以及Y方向二级芯体(14)组成；所述X方向一级波纹芯体(3)是由X方向一级波纹芯体的基本单元沿Y方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；Y方向一级波纹芯体(4)是由Y方向一级波纹芯体的基本单元沿X方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；X方向一级波纹芯体(3)和Y方向一级波纹芯体(4)在平面XY的投影面是相互垂直的，所述X方向一级波纹芯体(3)和Y方向一级波纹芯体(4)与一级上面板(1)和一级下面板(2)粘接为一体结构；所述X方向二级波纹芯体(7)是由X方向二级波纹芯体的基本单元沿Y方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；Y方向二级波纹芯体(8)是由Y方向二级波纹芯体的基本单元沿X方向的正向或负向平移若干个基本单元长度组成；X方向二级波纹芯体(7)和Y方向二级波纹芯体(8)在平面XY的投影面是相互垂直的，所述X方向二级波纹芯体(7)和Y方向二级波纹芯体(8)与二级上面板(5)和二级下面板(6)粘接为一体结构；X方向二级芯体(11)与X方向二级上面板(9)和X方向二级下面板(10)粘接为一体结构；Y方向二级芯体(14)与Y方向二级上面板(12)和Y方向二级下面板(13)粘接为一体结构；所述X方向一级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个X方向一级波纹芯体顶端(3-1)和X方向一级波纹芯体底端(3-2)组成，X方向一级波纹芯体顶端(3-1)的中心和相邻X方向一级波纹芯体底端(3-2)中心向平面XY的投影连线与Y轴平行，相邻的X方向一级波纹芯体的基本单元的间距在Y方向上与X方向一级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述Y方向一级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个Y方向一级波纹芯体顶端(4-1)和Y方向一级波纹芯体底端(4-2)组成，Y方向一级波纹芯体顶端(4-1)的中心和相邻Y方向一级波纹芯体底端(4-2)中心向平面XY的投影连线与X轴平行，相邻的Y方向一级波纹芯体的基本单元的间距在X方向上与Y方向一级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述X方向一级波纹芯体顶端(3-1)的中心和Y方向一级波纹芯体底端(4-2)中心连线与Z轴平行；所述X方向一级波纹芯体底端(3-2)的中心和Y方向一级波纹芯体顶端(4-1)中心连线与Z轴平行；所述X方向二级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个X方向二级波纹芯体顶端(7-1)和X方向二级波纹芯体底端(7-2)组成，X方向二级波纹芯体顶端(7-1)的中心和相邻X方向二级波纹芯体底端(7-2)中心向平面XY的投影连线与Y轴平行，相邻的X方向二级波纹芯体的基本单元的间距在Y方向上与X方向二级波纹芯体的基本单元的宽度相等；所述Y方向二级波纹芯体的基本单元由相连接的间隔排列的多个Y方向二级波纹芯体顶端(8-1)和Y方向二级波纹芯体底端(8-2)组成，Y方向二级波纹芯体顶端(8-1)的中心和相邻Y方向二...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦庆华，郭奕蓉，王铁军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61