雙曲點陣夾層結構及其制備方法技術

本公開實施例體提供一種雙曲點陣夾層結構及其制備方法，所述雙曲點陣夾層結構包括：第一曲面板、第二曲面板、多個弧形芯架和多個波浪形弧形桿件；所述弧形芯架包括多個星角，相鄰兩個星角的對應頂角的同側設置有第一連接卡槽，所述波浪形弧形桿件包括多個波浪角，相鄰兩個波浪角的對應頂角設置有與所述第一連接卡槽對應的第二連接卡槽；所述弧形芯架沿徑向設置在所述第一曲面板上，所述波浪形弧形桿件沿與所述弧形芯架正交方向設置在所述第一面板上，所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件通過所述第一連接卡槽和所述第二連接卡槽連接固定；所述第二曲面板設置在所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件上。所述波浪形弧形桿件上。所述波浪形弧形桿件上。

【技術實現步驟摘要】
雙曲點陣夾層結構及其制備方法


[0001]本公開的實施例一般涉及曲面夾層結構制作領域，特別是涉及一種雙曲點陣夾層結構及其制備方法。

技術介紹

[0002]由于夾層結構具有更高的比剛度和比強度特性，相比于單層薄殼結構更不易失穩。因此夾層結構作為主體結構在衛星承力筒、火箭支承艙、深海潛艇耐壓艙和熱防護等領域具有廣泛的應用前景。
[0003]目前三維點陣夾層結構多以平板構型為研究對象，未全面開始具有更廣泛運用場景的曲面夾層殼結構的研究和制備。現有研究中對曲面夾層殼結構的設計制備主要采用復合材料，還未大范圍的采用金屬材料制備來制備復雜曲面點陣夾層結構。因為復合材料點陣與面板之間多用樹脂或膠粘接，結構使用范圍因溫度條件受到了限制。如在航空航天運用背景下，結構需要承受復雜的熱載荷條件，在此領域中金屬材料則具備更高的使用溫度，有不可替代的作用。
[0004]目前金屬點陣夾層殼的設計制備方式主要通過增材制造手段，結構尺寸受到了很大的限制，制備成本高，可能額外附加的點陣支撐結構不符合輕量化應用需求。對于未來高速飛行器殼體結構，發展新型金屬點陣夾層殼的制備與設計，是點陣結構真正沖破概念化階段，投入實際運用發展的重要需求。

技術實現思路

[0005]在本公開的第一方面，提供一種雙曲點陣夾層結構，包括：
[0006]第一曲面板、第二曲面板、多個弧形芯架和多個波浪形弧形桿件；
[0007]所述弧形芯架包括多個星角，相鄰兩個星角的對應頂角的同側設置有第一連接卡槽，所述波浪形弧形桿件包括多個波浪角，相鄰兩個波浪角的對應頂角設置有與所述第一連接卡槽對應的第二連接卡槽；
[0008]所述弧形芯架沿徑向設置在所述第一曲面板上，所述波浪形弧形桿件沿與所述弧形芯架正交方向設置在所述第一面板上，所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件通過所述第一連接卡槽和所述第二連接卡槽連接固定；
[0009]所述第二曲面板設置在所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件上。
[0010]在本公開的第二方面，提供一種雙曲點陣夾層結構的制備方法，包括：
[0011]按待裝配的曲面形狀和尺寸，在平面板材上裁剪出具備多個對稱星角的弧形芯架，和與所述弧形芯架上星角形狀正交對應的具有多個波浪角的浪形弧形桿件，相鄰兩個星角的對應頂角的同側設置有第一連接卡槽，相鄰兩個波浪角的對應頂角設置有與所述第一連接卡槽對應的第二連接卡槽；
[0012]制備穩定擺放弧形芯架的裝配模具，將所有弧形芯架以所述波浪形弧形桿件上的波浪角的間隔距離為標準擺放在裝配模具上，將所述波浪形弧形桿件分別卡在所述弧形芯
架上的第一連接卡槽內，使所有的弧形芯架連接在一起；
[0013]將裝配好的芯層結構與所述第一曲面板以及所述第二曲面板貼合，連接位置填涂釬焊涂料，放入真空釬焊爐一體化焊接，完成雙曲點陣夾層結構的制備。
[0014]在一些實施例中，所述雙曲點陣夾層結構的形狀為雙曲曲面、雙曲拱面和雙曲橢圓面中的其中之一。
[0015]在一些實施例中，所述裁剪方式為激光切割、線切割或水切割。
[0016]在一些實施例中，所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件的截面形狀相同且尺寸一致。
[0017]在一些實施例中，所述星角包括第一連接卡槽，以及設置在所述第一連接卡槽兩邊的擋邊；所述波浪角包括第二連接卡槽，以及設置在所述第二連接卡槽兩邊的擋邊，所述星角上的第一連接卡槽的開口方向與所述波浪角上的第二連接卡槽的開口方向相反。
[0018]在一些實施例中，所述裝配模具包括與地面接觸的支撐面，和與所述弧形芯架外形尺寸一致的弧形凹面，在弧形凹形面內設置有與所述星角頂角形狀對應的軸向凹槽。
[0019]在一些實施例中，在所述裝配模具上，相的星角與前一弧形芯架的兩個星角的連接處對應，使放置后的相鄰兩個所述環向芯架的星角相互錯開。
[0020]在一些實施例中，所述第一曲面板和所述第二曲面板可以根據構件尺寸大小可以一體化沖壓成形，也可以分割成多塊散片后，再分別拼接在所述弧形芯架的外表面，然后利用焊接的方式重新形成一個整體。
[0021]在一些實施例中，在安裝后的第一曲面板和第二曲面板的兩端分別焊接連接兩者的連接件。
[0022]本專利技術本基于“切割嵌鎖”的制備工藝，利用切割方式形成環向芯架和徑向桿件，使得點陣結構的桿件各向同性，芯層結構力學性能好，初始缺陷小；焊接后的芯層結構與壁面連接性能和結構的整體性好，點陣結構對面板的約束作用得以充分發揮。
[0023]而且本專利技術的“切割嵌鎖
?
組裝拼接”工藝適用于各類金屬材料，且通過改變焊接工藝為粘接工藝，還可應用于復合材料夾層結構的制備上，可降低整體造價，同時成型更快。
[0024]
技術實現思路
部分中所描述的內容并非旨在限定本公開的實施例的關鍵或重要特征，亦非用于限制本公開的范圍。本公開的其它特征將通過以下的描述變得容易理解。
附圖說明
[0025]結合附圖并參考以下詳細說明，本公開各實施例的上述和其他特征、優點及方面將變得更加明顯。在附圖中，相同或相似的附圖標記表示相同或相似的元素，其中：
[0026]圖1示出了本公開實施例一的制備過程中的雙曲點陣夾層結構的結構示意圖；
[0027]圖2示出了本公開實施例二的雙曲點陣夾層結構制備方法流程圖；
[0028]圖3示出了本公開實施例三的弧形芯架的結構示意圖；
[0029]圖4示出了本公開實施例四的波浪形弧形桿件的結構示意圖。
具體實施方式
[0030]為使本公開實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本公開實施例
中的附圖，對本公開實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本公開一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本公開中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的全部其他實施例，都屬于本公開保護的范圍。
[0031]另外，本文中術語“和/或”，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關系，表示可以存在三種關系，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，同時存在A和B，單獨存在B這三種情況。另外，本文中字符“/”，一般表示前后關聯對象是一種“或”的關系。
[0032]雙曲面點陣夾層殼結構設計是基于可展曲面映射的思想，雙曲面結構高斯曲率不為零，一般來說雙曲曲面的形成方式包括掃掠和旋轉兩種(如圖1所示)，掃掠或旋轉的曲面形成過程的母線和導線分別對應相互正交曲線芯桿的中心線。對于點陣夾層結構，雙曲曲面構型和傳統平面構型彎曲變換的映射過程，也包含對芯層正交金字塔構型胞元的變換。該方法同樣適用于高斯曲率為常數零的柱面。
[0033]本專利技術旨在針對曲面點陣夾層結構，基于“切割嵌鎖
?
真空釬焊”的方法，提出全新制備工藝，制備出全金屬面向雙曲曲面構型的點陣夾層殼。該結構使用溫度范圍廣，可以承受復雜熱力載荷條件，夾層結構殼芯層與面板連接性能可靠。
[0034]如圖1所示，為本公開實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種雙曲點陣夾層結構，其特征在于，包括：第一曲面板、第二曲面板、多個弧形芯架和多個波浪形弧形桿件；所述弧形芯架包括多個星角，相鄰兩個星角的對應頂角的同側設置有第一連接卡槽，所述波浪形弧形桿件包括多個波浪角，相鄰兩個波浪角的對應頂角設置有與所述第一連接卡槽對應的第二連接卡槽；所述弧形芯架沿徑向設置在所述第一曲面板上，所述波浪形弧形桿件沿與所述弧形芯架正交方向設置在所述第一面板上，所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件通過所述第一連接卡槽和所述第二連接卡槽連接固定；所述第二曲面板設置在所述弧形芯架和所述波浪形弧形桿件上。2.一種雙曲點陣夾層結構的制備方法，其特征在于，包括：按待裝配的曲面形狀和尺寸，在平面板材上裁剪出具備多個對稱星角的弧形芯架，和與所述弧形芯架上星角形狀正交對應的具有多個波浪角的浪形弧形桿件，相鄰兩個星角的對應頂角的同側設置有第一連接卡槽，相鄰兩個波浪角的對應頂角設置有與所述第一連接卡槽對應的第二連接卡槽；制備穩定擺放弧形芯架的裝配模具，將所有弧形芯架以所述波浪形弧形桿件上的波浪角的間隔距離為標準擺放在裝配模具上，將所述波浪形弧形桿件分別卡在所述弧形芯架上的第一連接卡槽內，使所有的弧形芯架連接在一起；將裝配好的芯層結構與所述第一曲面板以及所述第二曲面板貼合，連接位置填涂釬焊涂料，放入真空釬焊爐一體化焊接，完成雙曲點陣夾層結構的制備。3.根據權利要求2所述的制備方法，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王江濤，岳連捷，
申請(專利權)人：中國科學院力學研究所，
類型：發明
國別省市：