【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能仿生结构，具体是一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构。
技术介绍
1、随着我国在汽车、飞机、船舶、卫星等高端制造业的高速发展，新材料、新结构层出不穷。在高端制造行业内，对轻质和高强两个关键指标的追求从未中断。然而，对于圆管类型结构，结构形式单一、抗压抗弯性能低、抗冲击吸能性能差、重量大是该类结构普通存在的共性问题。提出一种轻质高强且可抵抗不同类型极端荷载的管结构是十分必要的。
2、同时，随着新材料的更新速度和3d打印技术的迭代速度不断增快，复杂结构形式的管结构的制造难度急剧降低。因此，兼顾性能优和质量低的新型管结构形式成为可能。
3、自然界中存在很多人类尚未探寻的科学奥秘，基于动植物微观结构而衍生的仿生学成为解决实际问题和科学难题的关键途径。cybister是一种昆虫纲，鞘翅目，肉食亚目，龙虱科水生昆虫，食性复杂(从昆虫到比自身大的鱼)。在自然界中，cybister面对较多较复杂的环境，经常需承受较大的冲击荷载。基于对cybister鞘翅的微观观察，发现其特殊的复合多胞夹层结构使其抗轴向和侧向冲击性能极佳，且其抗弯抗压性能极其稳定。因此，通过对cybister鞘翅的微观结构进行仿生设计，可获得轻质高强且吸能效果很好的仿生管结构。
技术实现思路
1、针对现有的技术不足，本专利技术提供了一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，不仅制作工艺简单、质量轻，而且还具有抗冲击、吸能、承压等优点。
2、一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹
3、所述空心支撑管分为圆头端部和圆弧贴合部组成，圆弧贴合部分为2个，2个圆弧贴合部分别与内管外壁和外管内壁贴合。圆弧贴合部有效实现内管和外管管壁的贴合，保证空心支撑管、内管和外管之间受力的相互传导，有效提升负载性能。
4、所述2个圆弧贴合部的圆弧弯折方向相同。所述2个圆弧贴合部的圆弧圆心相同。通过圆弧弯折及共同圆心将作用在空心支撑管、内管和外管上的受力有效沿圆心方向传导。避免局部不规则受力造成的意外损坏。
5、还包括多胞连接板，多胞连接板连接相邻的2个空心支撑管。多胞连接板作用一在于将空心支撑管串联为环形结构，环形结构整体受力。作用二在于当仿生多胞夹层管局部承受较大应力出现损坏时，多胞连接板会最先断裂，一定程度上保护空心支撑管继续工作承受应力，提升极限条件下抗损坏性能。
6、所述多胞连接板为弧形板，弧形板圆心与内管和外管圆心相同。多胞连接板为弧形板受力也进一步通过圆弧弯折及共同圆心将作用在空心支撑管、内管和外管上的受力有效沿圆心方向传导，此外弧形多胞连接板的实现空心支撑管沿圆心方向挤压，及相邻空心支撑管之间的受理传导。
7、所述空心支撑管内填充聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫材料具有优良的保温性能、相对密度小、比强度高、防震抗压，且在填充固化后不易开裂。
8、所述空心支撑管沿内管外壁圆周方向均匀分布。所述圆弧贴合部的弧度范围π/36~π/24。上述弧度保证多个空心支撑管分散受力，同时确保每个空心支撑管占据一定空间确保每个空心支撑管有效单独受力，实现局部每个空心支撑管有效承载配合多点分散受力，全面提升有点及面的承载能力。
9、此外外管、多胞夹层结构、内管、多胞连接板可通过3d打印技术一次性成型，加工便捷灵活。
10、本专利技术的有益效果为：
11、1、与传统单层空管相比，本专利技术所提供的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构在相同抗压及抗弯承载力的情况下，其质量能够缩减25-60%，是一种轻质量、高强度的管结构。
12、2、与传统单层空管相比，本专利技术提供的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构在轴向受压和侧向受弯剪工况下具有极高的吸能效率，能够抵抗较大的轴向和侧向荷载。值得一提的是，当冲击波、爆炸波等极端荷载施加到复合管的两端和管壁时，本专利技术提供的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构具有较高的抵抗能力和吸能能力。
13、3、本专利技术提供的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构在多胞夹层结构的椭圆形结构内填充了聚氨酯泡沫，而在多胞连接板不填充聚氨酯泡沫，这样的组合不仅提升了复合吸能能力、增大了空隙率、降低了质量，而且对组合管的可靠性、保温性、抗疲劳性能的增强有较大帮助。相比于其他材料，聚氨酯泡沫材料的安全性和防火性能更优，且使用周期长、防腐性能好，有利于提升复合管的整体性能。并且，聚氨酯泡沫材料具有优良的保温性能、相对密度小、比强度高、防震抗压，且在填充固化后不易开裂。
14、 4、本专利技术提供的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构适用范围较广，材料可以为普通钢、不锈钢、铝合金、铝镁合金、钛合金等金属，也可以为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等高分子材料，亦可为光敏树脂、碳纤维、尼龙、生物橡胶、竹基生物材料等材料。仿生多胞夹层管结构可通过3d打印、材料增材等技术实现。不仅如此，其尺寸可根据不同需要进行调整，小至微米级关键零件，大至米级大型器械、管道。因此，这种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，在陆地及海底管道、汽车、飞机、高铁、船舶、卫星、航天器等中高端制造领域有着广泛的应用前景，利于我国快速实现高端制造业的工业化。
15、附图说明
16、图1为本专利技术的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构的平面结构示意图；
17、图2为本专利技术的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构的尺寸示意图；
18、图3为本专利技术的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构的立体结构示意图；
19、图4为横向冲击荷载下本专利技术所述的一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构与等质量、等外径的空钢管的变形模式对比图。
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1.一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于包括外管（1）、多胞夹层结构（2）、内管（3），内管（3）和外管（1）套装，内管（2）和外管（1）之间设有多胞夹层结构（2）组成多层结构，多胞夹层结构（2）由多个空心支撑管并列拼接组成。
2.根据权利要求1所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述空心支撑管分为圆头端部和圆弧贴合部组成，圆弧贴合部分为2个，2个圆弧贴合部分别与内管（3）外壁和外管（1）内壁贴合。
3.根据权利要求2所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述2个圆弧贴合部的圆弧弯折方向相同。
4.根据权利要求3所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述2个圆弧贴合部的圆弧圆心相同。
5.根据权利要求1所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于还包括多胞连接板（5），多胞连接板（5）连接相邻的2个空心支撑管。
6.根据权利要求1所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述多胞连接板（5）为弧形板，弧形板圆心与内管（3）和
7.根据权利要求1所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述空心支撑管内填充聚氨酯泡沫（4）。
8.根据权利要求2所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述空心支撑管沿内管（3）外壁圆周方向均匀分布。
9.根据权利要求8所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述圆弧贴合部的弧度范围π/36~π/24。
10.根据权利要求2所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述空心支撑管的圆头端部和圆弧贴合部圆滑连接。
...【技术特征摘要】
1.一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于包括外管（1）、多胞夹层结构（2）、内管（3），内管（3）和外管（1）套装，内管（2）和外管（1）之间设有多胞夹层结构（2）组成多层结构，多胞夹层结构（2）由多个空心支撑管并列拼接组成。
2.根据权利要求1所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述空心支撑管分为圆头端部和圆弧贴合部组成，圆弧贴合部分为2个，2个圆弧贴合部分别与内管（3）外壁和外管（1）内壁贴合。
3.根据权利要求2所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述2个圆弧贴合部的圆弧弯折方向相同。
4.根据权利要求3所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结构，其特征在于所述2个圆弧贴合部的圆弧圆心相同。
5.根据权利要求1所述一种可抗冲击吸能承压的仿生多胞夹层管结...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑龙，张宇晨，王文达，史艳莉，李富奇，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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