【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于防护吸能材料，具体涉及一种折纸型蜂窝结构吸能材料及其制备方法，该材料可充当防护吸能材料。
技术介绍
1、蜂窝结构是多孔材料中最常见的一种。作为蜜蜂生存和繁衍的场所，蜜蜂蜂巢是由多个大小接近的胞元组成的，胞元呈正六边形。在蜜蜂蜂巢的启发下，人们制作了蜂窝材料，胞元形状多为正多边形。经研究，这些蜂窝材料具有在相同质量下比传统材料更高的强度和更好的抗冲击和抗压能力，因此被广泛应用在汽车防撞、人体防护等领域。传统蜂窝结构也存在缺陷：蜂窝异面方向受压时的峰值应力远大于平台应力，当蜂窝被用作缓冲材料时，会对需要保护的物体产生一个很大的反作用力，对物体造成损害。
2、传统正六边形蜂窝结构的主要制作方法主要有焊接法和胶粘法等。制作过程包括波纹板的制备和波纹板的连接。首先将板材加工为半六边形波纹板，然后将上下两块波纹板对齐形成完整的正六边形蜂窝结构。波纹板之间的连接往往采用胶粘或钎焊。
3、折纸结构在受力时能沿着预先设定的折痕发生变形，从而具有可控的变形模式。折纸结构的优势在于整体运动路径可以通过严谨的几何推导进行规划，破坏方式以及失效模式都是可控的。将折纸的思想引入到蜂窝结构，可以改变蜂窝结构的力学性能和受压时的变形模式，使蜂窝结构在受压时按照既定的变形模式进行变形和耗能。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种异面受压时不会出现很高的初始峰值应力的折纸型蜂窝结构吸能材料及制备方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案
3、本专利技术首先提供一种一种折纸型蜂窝结构，由折纸型蜂窝胞元在空间中拓扑形成；所述折纸型蜂窝胞元为由两个尺寸相同的六面斜管相接而成的十二面结构，两个六面斜管以相接面为对称；所述六面斜管的横截面为正六边形，所述六面斜管沿与所述正六边形的对角线成θ角度的方向倾斜，其中θ的取值范围为[0,30°]；十二面结构包括六条上边、六条中边、六条底边、连接对应上边和中边的六条上侧边及连接对应上中和底边的六条下侧边；六条中边中与倾斜方向对应的中间正六边形顶点相连的两条中边为谷线，其余四条边均为峰线，连接对应上边和中边的六条上侧边及连接对应上中和底边的六条下侧边均为峰线。
4、为了减小传统蜂窝在异面方向时的初始峰值应力，本专利技术提供的折纸型蜂窝结构吸能材料，在蜂窝中引入了miura折纸胞元，所属折纸型蜂窝材料由折纸型蜂窝胞元在空间中拓扑形成，蜂窝胞元为可拆分为两个连接型胞元和两个miura胞元。蜂窝胞元的形状可视为一个正六边形直管中心平面沿着与正六边形的对角线成θ角度的方向发生平移得到的，其中θ的取值范围为[0,30°]。蜂窝单元的几何可通过薄壁厚度t、单元高度h、颈端边长l、平移距离r和平移角度θ唯一确定。折纸型蜂窝在异面受压时不会产生远高于平台应力的峰值应力，且相较传统蜂窝，共面方向的受压耗能能力提高了3-5倍。
5、本专利技术还提供一种折纸型蜂窝结构的制备方法，包括：
6、根据折纸型蜂窝结构上六条中边，在第一金属板上加工第一六边形孔；第一六边形孔的横向间距为折纸型蜂窝胞元横截面中正六边形的边长，第一六边形孔的纵向间距为折纸型蜂窝胞元的高度；最外侧的第一六边形孔与金属板上端的距离为折纸型蜂窝胞元的高度，最外侧的第一六边形孔与金属板下端的距离为折纸型蜂窝胞元的高度；
7、根据折纸型蜂窝结构上六条中边，在第二金属板上加工第二六边形孔；第二六边形孔的横向间距为折纸型蜂窝胞元横截面中正六边形的边长，第二六边形孔的纵向间距为折纸型蜂窝胞元的高度；最外侧的第二六边形孔与金属板上端的距离为折纸型蜂窝胞元的高度的一半，最外侧的第二六边形孔与金属板下端的距离为折纸型蜂窝胞元的高度的一半；
8、根据所述折纸型蜂窝胞元的峰线和谷线，在第一金属板和第二金属板上加工峰线和谷线；
9、将第一金属按照加工的峰线和谷线进行弯折，形成第一波纹板；将第二金属按照加工的峰线和谷线进行弯折，形成第二波纹板；第一波纹板和第二波纹板断开的位置采用焊接连接；
10、将所述第一波纹板和第二波纹板拼接形成所述折纸型蜂窝结构。
11、本专利技术提供的制备方法，可实现此种折纸型蜂窝的工业化生产。参考传统正六边形蜂窝结构的制作流程，提出了一种基于剪纸的折纸型蜂窝制作方法：首先根据指定的裁剪线位置通过机器切割将蜂窝薄板切割成既定形状，通过固定的折叠模式将薄板弯折成波纹板，采用单层板折叠封闭连接工艺，将波纹板胶粘形成折纸型蜂窝。
12、有益效果：
13、本专利技术创新性地将miura折纸胞元引入到了蜂窝结构的设计中，得到了一种折纸型蜂窝吸能材料。与传统蜂窝材料相比，折纸型蜂窝异面受压时不会出现很高的初始峰值应力，从而避免了对待保护物体的损伤。
14、本专利技术创新性地将剪纸元素引入到折纸型蜂窝的制作中，指定了折痕与裁剪线位置分布和折叠角大小，先利用机械切割制备出相应形状的蜂窝板材，再将板材按照固定方法进行弯折形成折纸型波纹板，将波纹板各个断开位置进行焊接，最后利用胶粘的方法将数个波纹板组成折纸型蜂窝材料。此种方法提高了折纸型蜂窝吸能材料的制备速率，有望实现折纸型蜂窝吸能材料的工业化生产。
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1.一种折纸型蜂窝结构，其特征在于：由折纸型蜂窝胞元在空间中拓扑形成；所述折纸型蜂窝胞元为由两个尺寸相同的六面斜管相接而成的十二面结构，两个六面斜管以相接面为对称；所述六面斜管的横截面为正六边形，所述六面斜管沿与所述正六边形的对角线成θ角度的方向倾斜，其中θ的取值范围为[0,30°]；十二面结构包括六条上边、六条中边、六条底边、连接对应上边和中边的六条上侧边及连接对应上中和底边的六条下侧边；六条中边中与倾斜方向对应的中间正六边形顶点相连的两条中边为谷线，其余四条边均为峰线，连接对应上边和中边的六条上侧边及连接对应上中和底边的六条下侧边均为峰线。
2.根据权利要求1所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：所述折纸型蜂窝胞元的薄壁壁厚在0.05mm~0.5mm之间。
3.根据权利要求1所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：折纸型蜂窝胞元的高度在2mm~20mm之间。
4.根据权利要求1所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：折纸型蜂窝胞元横截面中正六边形的边长在1mm~10mm之间。
5.根据权利要求1-4任一所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：所述折纸
6.根据权利要求5所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：对所述折纸型蜂窝胞元进行X方向拓扑或Y方向拓扑时，将相同的胞壁进行组合；两个所述折纸型蜂窝胞元在Z方向拓扑时，上部所述折纸型蜂窝胞元的底部正六边形直接与下部所述折纸型蜂窝胞元的顶部正六边形连接。
7.一种如权利要求1-6任一所述折纸型蜂窝结构的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：将所述第一波纹板和第二波纹板拼接形成所述折纸型蜂窝结构，包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述恒定压力为10-30N。
...【技术特征摘要】
1.一种折纸型蜂窝结构，其特征在于：由折纸型蜂窝胞元在空间中拓扑形成；所述折纸型蜂窝胞元为由两个尺寸相同的六面斜管相接而成的十二面结构，两个六面斜管以相接面为对称；所述六面斜管的横截面为正六边形，所述六面斜管沿与所述正六边形的对角线成θ角度的方向倾斜，其中θ的取值范围为[0,30°]；十二面结构包括六条上边、六条中边、六条底边、连接对应上边和中边的六条上侧边及连接对应上中和底边的六条下侧边；六条中边中与倾斜方向对应的中间正六边形顶点相连的两条中边为谷线，其余四条边均为峰线，连接对应上边和中边的六条上侧边及连接对应上中和底边的六条下侧边均为峰线。
2.根据权利要求1所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：所述折纸型蜂窝胞元的薄壁壁厚在0.05mm~0.5mm之间。
3.根据权利要求1所述的折纸型蜂窝结构，其特征在于：折纸型蜂窝胞元的高度在2mm~20mm之间。
4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建国，尹诗婷，张骞，李旭，冯健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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