一种夹层板晶格多孔结构及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种夹层板晶格多孔结构及其设计方法，包括以下步骤：利用薄板在点阵晶格结构的基础上按规律设计出三种板晶格单胞：SC、FCC和BCC；组合三种板晶格单胞得到另外三种板晶格单胞：SF、SB、SFB；分别控制六种板晶格单胞的尺寸和薄板壁厚；设计夹层平板结构及内置隔板；将板晶格单胞按规律以阵列形式填充于夹层平板结构中形成多孔材料；本发明专利技术利用薄板设计板晶格单胞结构，设计内置隔板的夹层平板结构，并将板晶格单胞结构按规律以阵列形式填充于夹层平板结构中形成多孔材料，具有更高的强度和抗冲击性能。强度和抗冲击性能。强度和抗冲击性能。

【技术实现步骤摘要】
一种夹层板晶格多孔结构及其设计方法


[0001]本专利技术属于计算机辅助设计、结构设计
，尤其涉及一种夹层板晶格多孔结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]夹芯板由较高密度的上、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，具有轻质、高强度等特点。同时，在夹芯层内部加入陶瓷、树脂橡胶等不同的材料还可以进一步提升性能。
[0003]随着航空航天、汽车、机械和医疗等各个领域的快速发展，对材料和结构的要求也越来越高，传统材料和结构已无法满足这些领域对轻量化设计的需求。与传统材料相比，多孔材料具有轻质、耐冲击和高强度等方面优势。点阵多孔结构降低了结构的质量、提高了结构的强度和刚度，在抗冲击方面具有优异的性能。目前，基于立方晶格结构的点阵多孔材料由于在各方面性能较传统材料和结构有很大改善，且结构简单，因而得到广泛应用。但点阵多孔材料在相对密度较低的情况下，强度较低，无法满足一些场合的需求。

技术实现思路

[0004]针对上述技术存在的不足，本专利技术提供一种夹层板晶格多孔结构及其设计方法。利用薄板在点阵晶格结构的基础上按规律设计板晶格单胞结构；设计内置隔板的夹层平板结构，并将板晶格单胞按规律以阵列形式填充于夹层平板结构中形成多孔材料，该结构可以用在壳体类装置上，其轻质吸能特性可以起到很好的保护作用，进一步扩展了该类多孔材料的应用范围。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种夹层板晶格多孔结构设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、根据简单立方点阵结构设计出SC板晶格单胞，根据面心立方点阵结构设计出FCC板晶格单胞，根据体心立方点阵结构设计出BCC板晶格单胞；
[0008]步骤S2、将SC板晶格单胞和FCC板晶格单胞组合形成SF板晶格单胞，将SC板晶格单胞和BCC板晶格单胞组合形成SB板晶格单胞，将SC板晶格单胞、FCC板晶格单胞和BCC板晶格单胞组合形成SFB板晶格单胞；
[0009]步骤S3、设计SC、FCC、BCC、SF、SB、SFB六种板晶格单胞的尺寸和薄板壁厚；
[0010]步骤S4、设计夹层平板结构，所述夹层平板内置隔板；
[0011]步骤S5、将板晶格单胞按规律以阵列形式填充于所述夹层平板结构中形成夹层板晶格多孔结构。
[0012]上述方案中，所述步骤S1中根据简单立方点阵结构设计出SC板晶格单胞具体为：
[0013]将所述简单立方中每两个互相垂直的边按尺寸要求形成一个矩形面，并按法向拉伸形成薄板，依次可以得到三块两两互相垂直的薄板，通过布尔运算合并为一个实体，即可得到SC板晶格单胞。
[0014]上述方案中，所述步骤S1中根据面心立方点阵结构设计出FCC板晶格单胞具体为：
[0015]以左表面、前表面或上表面为基准，以左表面为基准为例，分别选取面心立方左表面上其中一个对角线同一侧的相邻两个边的中点，和右表面上位于该对角线另一侧相邻两个边对应的两个边的中点，和把以上两组邻边分开的体对角面的两个垂直左右表面的边的中点，以此六个点绘制出一个正六边形面并按法向拉伸形成薄板，然后依次分别绘制出其他三个薄板，共四个薄板通过布尔运算形成一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到FCC板晶格单胞。
[0016]上述方案中，所述步骤S1中根据体心立方点阵结构设计出BCC板晶格单胞具体为：
[0017]首先，以体心立方前表面为基准，分别选取体心立方前表面上其中一个对角线的两个端点，和后表面上与该对角线平行的一个对角线的两个端点，以此四个点绘制出一个矩形面并按法向拉伸形成薄板，再绘制出前表面上另一个对角线对应的薄板，然后再分别以左表面、上表面为基准，依次分别绘制出其他四个薄板，共六个薄板通过布尔运算形成一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到BCC板晶格单胞。
[0018]上述方案中，所述步骤S2具体为：
[0019]将SC板晶格单胞和FCC板晶格单胞的六个基准面分别对应重合，通过布尔运算合并为一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到SF板晶格单胞；
[0020]将SC板晶格单胞和BCC板晶格单胞的六个基准面分别对应重合，通过布尔运算合并为一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到SB板晶格单胞；
[0021]将SC板晶格单胞、FCC板晶格单胞和BCC板晶格单胞的六个基准面分别对应重合，通过布尔运算合并为一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到SFB板晶格单胞。
[0022]上述方案中，所述步骤S3具体为：
[0023]SC、FCC、BCC、SF、SB、SFB六种板晶格单胞的尺寸均由简单立方、面心立方、体心立方控制，不同板晶格单胞的尺寸是相同或者不同的，但同一个板晶格单胞的尺寸必须相同；
[0024]SC、FCC、BCC、SF、SB、SFB六种板晶格单胞的薄板壁厚由所述步骤S1中的法向拉伸距离控制；对于SC、FCC、BCC三种板晶格单胞，各自分别采用同一薄板壁厚；对于SF、SB、SFB三种板晶格单胞，各自分别采用同一薄板壁厚或者在同一个单胞中不同的组成单胞采用不同的薄板壁厚。
[0025]上述方案中，所述步骤S4具体为：
[0026]所述夹层平板结构包括多张平板，平板包括上平板、下平板和若干隔板，隔板平行分布于上平板和下平板之间，隔板间距等于板晶格单胞尺寸。
[0027]上述方案中，所述步骤S5具体为：
[0028]在夹层平板之间填充单一板晶格单胞，或在夹层平板之间填充两种及以上的板晶格单胞；
[0029]当夹层平板之间填充两种及以上的板晶格单胞时，每两个相邻隔板之间或隔板与上平板、下平板之间填充同一种板晶格单胞，不同间隔内填充相同或不同的板晶格单胞，不同隔板层之间采用对称分布或交替分布，将所选的板晶格单胞分别填充于夹层平板结构各隔板间即可形成夹层板晶格多孔结构。
[0030]上述方案中，均采用计算机辅助设计软件Solidworks进行设计和建模。
[0031]一种夹层板晶格多孔结构，根据所述夹层板晶格多孔结构设计方法得到的。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用薄板在点阵晶格结构的基础上按规律设计板晶格结构，相比点阵晶格结构吸能特性和强度更优异；设计内置隔板的夹层平板结构，隔板可以起到隔离不同类型单胞和阻碍晶格发生过大变形的作用，并将板晶格结构按规律以阵列形式填充于夹层平板中形成夹层板晶格多孔结构，经过本专利技术设计方法设计的板晶格结构可以用在壳体类装置上，其轻质吸能特性可以起到很好的保护作用，进一步扩展了该类多孔材料的应用范围。
附图说明
[0033]图1是本专利技术的板晶格单胞SC示意图；
[0034]图2是本专利技术的板晶格单胞FCC示意图；
[0035]图3是本专利技术的板晶格单胞BCC示意图；
[0036]图4是本专利技术的板晶格单胞SF示意图；
[0037]图5是本专利技术的板晶格单胞SB示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种夹层板晶格多孔结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、根据简单立方点阵结构设计出SC板晶格单胞，根据面心立方点阵结构设计出FCC板晶格单胞，根据体心立方点阵结构设计出BCC板晶格单胞；步骤S2、将SC板晶格单胞和FCC板晶格单胞组合形成SF板晶格单胞，将SC板晶格单胞和BCC板晶格单胞组合形成SB板晶格单胞，将SC板晶格单胞、FCC板晶格单胞和BCC板晶格单胞组合形成SFB板晶格单胞；步骤S3、设计SC、FCC、BCC、SF、SB、SFB六种板晶格单胞的尺寸和薄板壁厚；步骤S4、设计夹层平板结构，所述夹层平板内置隔板；步骤S5、将板晶格单胞按规律以阵列形式填充于所述夹层平板结构中形成夹层板晶格多孔结构。2.根据权利要求1所述的夹层板晶格多孔结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1中根据简单立方点阵结构设计出SC板晶格单胞具体为：将所述简单立方中每两个互相垂直的边按尺寸要求形成一个矩形面，并按法向拉伸形成薄板，依次可以得到三块两两互相垂直的薄板，通过布尔运算合并为一个实体，即可得到SC板晶格单胞。3.根据权利要求1所述的夹层板晶格多孔结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1中根据面心立方点阵结构设计出FCC板晶格单胞具体为：以左表面、前表面或上表面为基准，以左表面为基准为例，分别选取面心立方左表面上其中一个对角线同一侧的相邻两个边的中点，和右表面上位于该对角线另一侧相邻两个边对应的两个边的中点，和把以上两组邻边分开的体对角面的两个垂直左右表面的边的中点，以此六个点绘制出一个正六边形面并按法向拉伸形成薄板，然后依次分别绘制出其他三个薄板，共四个薄板通过布尔运算形成一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到FCC板晶格单胞。4.根据权利要求1所述的夹层板晶格多孔结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1中根据体心立方点阵结构设计出BCC板晶格单胞具体为：首先，以体心立方前表面为基准，分别选取体心立方前表面上其中一个对角线的两个端点，和后表面上与该对角线平行的一个对角线的两个端点，以此四个点绘制出一个矩形面并按法向拉伸形成薄板，再绘制出前表面上另一个对角线对应的薄板，然后再分别以左表面、上表面为基准，依次分别绘制出其他四个薄板，共六个薄板通过布尔运算形成一个实体，切除要求尺寸以外多余实体，即可得到BCC板晶格单胞。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔承云，冯森，陈璐，沈鹏，魏礼桢，崔熙贵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：