一种加强单胞结构及其制备方法与应用、夹芯板技术

本发明专利技术提供了一种加强单胞结构及其制备方法与应用、夹芯板，属于增材材料技术领域。本发明专利技术提供的加强单胞结构包括八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构；受力模式看八角点阵结构是由相同的40根杆件组成；从空间所占总体积看八角点阵结构是由相同的28根杆件组成；BCC体心立方晶格结构的杆件与八角点阵结构内层八面体的8根杆件相接触。本发明专利技术通过BCC体心立方晶格结构强化八角点阵结构在受外力的过程中容易出现屈曲的部位，从而提升八角点阵结构整体的刚度。利用上述加强单胞结构制备的夹芯板不仅能够在爆炸冲击过程中作为吸能结构，吸收来自外界爆炸冲击波的产生的能量，同时在对抗弹片等异物高速冲击时，其抗侵彻能力也十分出众。

【技术实现步骤摘要】
一种加强单胞结构及其制备方法与应用、夹芯板
本专利技术涉及增强材料
，尤其涉及一种加强单胞结构及其制备方法与应用、夹芯板。
技术介绍
夹芯板由密度极高的上、下面板与相对密度较低的夹芯部分组成。夹芯板与同等体积、同等材料的实体相比较，具有轻质、高强度、高比能量吸收比等特点。同时，在夹芯层内部空隙处加入陶瓷、树脂橡胶、泡沫铝等不同的材料还可以进一步提升其抗爆吸能、抗侵彻等特点，同时加入雷达吸波材料还可具有隐身材料的特性。在安全防护领域，由单胞阵列后与上、下面板组合制造出的夹芯三明治点阵结构已经被广泛应用。例如金字塔单胞材料、KAGOME单胞材料、BCC体心立方晶格材料、FCC面心立方晶格材料、蜂窝材料、波纹板等等。这些结构各自具有不同的特点，但是都无法胜任对抗爆、抗侵彻、抗冲击的三大领域。蜂窝板虽然加入泡沫铝或其他材料可以勉强应对抗爆、抗侵彻问题(结构整体质量增加)，但对于垂直90°的正面高速碰撞依然无法达到安全标准。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于一种加强单胞结构及其制备方法与应用、夹芯板及其制备方法。本专利技术提供的加强单胞结构具有极其稳定的结构，将其作为夹芯板的夹芯结构，不仅能够在爆炸冲击过程中作为吸能结构，吸收来自外界爆炸冲击波的产生的能量，同时在对抗弹片等异物高速冲击时，其抗侵彻能力也十分出众。本专利技术提供了一种加强单胞结构，包括八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构；从受力模式角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的40根杆件组成；从空间所占总体积角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的28根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构由完全相同的4根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构的杆件与八角点阵结构内层八面体的8根杆件相接触。优选地，所述杆件的横截面为圆形或矩形。优选地，所述八角点阵结构的节点、所述BCC体心立方晶格结构的节点、所述八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构相接触的节点为增强节点。优选地，当所述杆件的横截面为圆形时，所述增强节点的直径≥杆件直径的2倍。本专利技术还提供了上述技术方案所述的加强单胞结构的制备方法，包括以下步骤：将焊枪固定在数控机床的主轴上，并在数控机床内输入成品参数；启动焊机，采用焊枪对基板进行预热；启动送丝机，将丝材送至焊枪的下方；所述焊枪将所述丝材加热，所得熔液下落到基板上形成熔池，开始打印，得到所述加强单胞结构；所述打印的参数包括：初始阶段峰值电流100～250A，基值电流4～6A，层高为0.3～0.6mm；焊枪的移动速度为500～1000cm/min，送丝速度为40～100cm/min；所述打印在保护气下进行。本专利技术还提供了上述技术方案所述的加强单胞结构的另外一种制备方法，包括以下步骤：采用激光选区熔化技术打印，得到加强单胞结构。本专利技术还提供了上述技术方案所述的加强单胞结构或上述技术方案所述的制备方法得到的加强单胞结构作为增强体在复合材料中的应用。本专利技术还提供了一种夹芯板，包括上面板、下面板、位于所述上面板和下面板之间的夹芯结构，所述夹芯结构由多个权利要求1～4任一项所述的加强单胞结构堆叠形成；相邻两个加强单胞结构共用相邻一侧的杆件和节点。优选地，所述夹芯结构的空隙中填充填充物；所述填充物为树脂材料或陶瓷材料。优选地，当所述夹芯结构与上面板或下面板接触时，与所述上面板或下面板相接触的夹芯结构中的加强单胞结构的杆件为半杆件，节点为半节点。本专利技术提供了一种加强单胞结构，包括八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构；从受力模式角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的40根杆件组成；从空间所占总体积角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的28根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构由完全相同的4根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构的杆件与八角点阵结构内层八面体的8根杆件相接触。本专利技术通过引入BCC体心立方晶格结构强化八角点阵结构在受外力的过程中容易出现屈曲的部位，从而提升八角点阵结构整体的刚度。本专利技术还提供了上述技术方案所述的加强单胞结构的制备方法，将焊枪固定在数控机床的主轴上，并在数控机床内输入成品参数；启动焊机，采用焊枪对基板进行预热启动送丝机，将丝材送至焊枪的下方；所述焊枪将所述丝材加热，所得熔液下落到基板上形成熔池，开始打印；所述打印的参数包括：初始阶段峰值电流100～250A，基值电流4～6A，层高为0.3～0.6mm；焊枪的移动速度为500～1000cm/min，送丝速度为40～100cm/min；所述打印在保护气下进行。本专利技术数控机床采用电弧增材制造实现对加强单胞结构的制备，使用的设备简单，适用性强、成本低。本专利技术还提供了上述技术方案所述的加强单胞结构的制备方法，采用激光选区熔化技术打印，得到加强单胞结构。本专利技术采用激光选区熔化技术打印，得到加强单胞结构前驱体，操作简单。本专利技术还提供了一种夹芯板，包括上面板、下面板和夹芯结构，所述夹芯结构由多个上述技术方案所述的加强单胞结构堆叠形成；相邻两个加强单胞结构共用相邻一侧的杆件和节点。本专利技术的夹芯结构与上、下面板组成的夹芯三明治板结构代替了传统的防护装甲、钢板，不仅能够在爆炸冲击过程中作为吸能结构，吸收来自外界爆炸冲击波的产生的能量，同时在对抗弹片等异物高速冲击时，其抗侵彻能力也十分出众。同时，夹芯结构的使用在满足夹芯板轻量化要求的同时，相比于金字塔、蜂窝结构、波纹板等传统点阵结构具有更长的平台应力，拥有更大的比能量吸收。附图说明图1为BCC体心立方晶格结构示意图；图2为八角点阵结构的受力模式示意图；图3为八角点阵结构的空间体积示意图；图4为节点为增强节点的加强单胞结构示意图；图5～6为本专利技术提供的加强单胞结构的打印路径编号图；图7为本专利技术的加强单胞结构形成的夹芯板的示意图；图8为与上面板或下面板接触位置加强单胞结构的示意图；图9为夹芯板对抗垂直90°的正面高速碰撞试验所得钢球的速度-时间图；图10为TNT爆炸数值模拟效果图；图11为TNT爆炸数值模拟所得夹芯板(不包括上下面板)的能量吸收-时间曲线图；图12为分离式霍普金森压杆冲击数值模拟所用装置示意图；图13分离式霍普金森压杆冲击数值模拟所得效果图；图14为分离式霍普金森压杆冲击数值模拟所得夹芯板(不包含上下面板)的能量吸收-时间曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的加强单胞结构和夹芯板进行说明。本专利技术提供了一种加强单胞结构，包括八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构；从受力模式角度分析，所述八角点阵结构是由完全相同的40根杆件组成；从空间所占总体积角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的28根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构由完全相同的4根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构的杆件与八角点阵结构内层八面体的8根杆件相接触。本专利技术提供的加强单胞结构包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加强单胞结构，其特征在于，包括八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构；从受力模式角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的40根杆件组成；从空间所占总体积角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的28根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构由完全相同的4根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构的杆件与八角点阵结构内层八面体的8根杆件相接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种加强单胞结构，其特征在于，包括八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构；从受力模式角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的40根杆件组成；从空间所占总体积角度分析：所述八角点阵结构是由完全相同的28根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构由完全相同的4根杆件组成；所述BCC体心立方晶格结构的杆件与八角点阵结构内层八面体的8根杆件相接触。


2.根据权利要求1所述的加强单胞结构，其特征在于，所述杆件的横截面为圆形或矩形。


3.根据权利要求1或2所述的加强单胞结构，其特征在于，所述八角点阵结构的节点、所述BCC体心立方晶格结构的节点、所述八角点阵结构和BCC体心立方晶格结构相接触的节点为增强节点。


4.根据权利要求3所述的加强单胞结构，其特征在于，当所述杆件的横截面为圆形时，所述增强节点的直径≥杆件直径的2倍。


5.权利要求1～4任一项所述的加强单胞结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将焊枪固定在数控机床的主轴上，并在数控机床内输入成品参数；
启动焊机，采用焊枪对基板进行预热；
启动送丝机，将丝材送至焊枪的下方；
所述焊枪将所述丝材加热，所得熔液下落到基板上形成熔池，开始...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉艳平，韩松宇，刘长猛，陈嘉伟，敬晨晨，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11