一种变截面梯度层级类蜂窝结构

本发明涉及类蜂窝结构领域，尤其是涉及一种变截面梯度层级类蜂窝结构。

背景技术：

1、生物在长期的进化和自然选择过程中，形成了许多独特的特性和功能，这些特性可以为工程技术问题的解决提供宝贵的启示和创新思路。仿生学通过观察和模仿自然界中生物的形态、结构、功能和行为，从而得到启发并将其应用于工程设计中。

2、在自然界中，荷叶作为一种水生植物，其叶片非常轻薄并且直径很大，在受到暴雨的冲刷后，上面会积着大于自身重量几倍的雨水，而其叶片并不会发生折断，对其叶片进行深入观察研究，发现靠近叶中心的叶脉较粗，沿着叶边缘方向的叶脉会逐渐变细，能够根据不同的受力情况，形成不同大小的截面。

3、传统的蜂窝结构力学性能已经满足不了工程领域对高性能结构的要求。因此，可以结合荷叶叶脉的特性来对传统的蜂窝结构进行优化创新，设计出一种适用范围广、轻量化程度高和力学性能优越的高性能结构。

技术实现思路

1、为解决当前存在技术问题，本发明的主要目的在于提供一种变截面梯度层级类蜂窝结构，用于改善传统蜂窝结构力学性能不足，应用范围有限等问题。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种变截面梯度层级类蜂窝结构，包括多组胞元结构，所述胞元结构包括圆形胞元件，在圆形胞元件内设有多级正方形胞元件，所述正方形胞元件沿着四个顶点方向分别向外延伸出四条胞元筋，所述胞元筋的另一端分别与最外层的圆形胞元件相连，所述梯度层级类蜂窝结构由圆形胞元件和多级正方形胞元件所构成；

3、通过将梯度层级类蜂窝结构向竖直方向弯曲拉伸一定弧度形成带有一定壁厚的三维立体变截面结构，进而形成梯度层级类蜂窝内芯结构。

4、零级胞元为圆形。

5、一级胞元为零级胞元内设有一个正方形胞元件，并满足尺寸关系：d1=2d2；式中：d1为零级圆形胞元件的半径；d2为一级胞元筋长。

6、二级胞元为一级胞元内设有一个正方形胞元件，并满足尺寸关系：d2=2d3；式中：d2为一级胞元筋长；d3为二级胞元筋长。

7、所述胞元结构有n级，n=2,3,4……，且每一级的胞元筋长度满足：dn=2dn+1，式中：dn为n-1级胞元筋长；dn+1为n级胞元筋长。

8、胞元结构的壁厚都相等。

9、所述梯度层级类蜂窝内芯结构的弧度能够根据不同的受力情况来设定形状大小。

10、所述变截面梯度层级类蜂窝结构由零级圆形胞元向竖直方向弯曲拉伸一定弧度形成的外壳与梯度层级类蜂窝内芯结构相连所构成。

11、本发明有如下有益效果：

12、1、本结构受到荷叶叶脉的启发，可以根据不同的受力情况来改变截面的尺寸。当受力较大时，可以增大截面的尺寸；当受力较小时，可以相应地减小截面的尺寸。此种变截面结构设计可以更好地分担和传递荷载来适应不同的荷载和工作条件，提高结构的整体稳定性。

13、2、采用变截面结构设计可以在保证结构强度的前提下减少材料使用量，从而降低结构的自重。这有助于减轻整体结构负荷，使其在轻量化方面表现得更加优越。

14、3、本结构内部采用的是梯度层级类蜂窝内芯。当结构强度不足时，还可以通过增加内芯胞元结构的层级来提升结构的面内和面外承载性能。

15、4、变截面设计具有较高的灵活性，可以根据具体要求调整结构的形状和尺寸。这种灵活性使得变截面在不同工程领域和应用中都具有广泛的适用性。

技术特征：

1.一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于，包括多组胞元结构，所述胞元结构包括圆形胞元件（1），在圆形胞元件（1）内设有多级正方形胞元件（4），所述正方形胞元件（4）沿着四个顶点方向分别向外延伸出四条胞元筋（5），所述胞元筋（5）的另一端分别与最外层的圆形胞元件（1）相连，所述梯度层级类蜂窝结构由圆形胞元件（1）和多级正方形胞元件（4）所构成；

2.根据权利要求1所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：零级胞元为圆形。

3.根据权利要求2所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：一级胞元为零级胞元内设有一个正方形胞元件，并满足尺寸关系：d1=2d2；式中：d1为零级圆形胞元件的半径；d2为一级胞元筋长。

4.根据权利要求3所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：二级胞元为一级胞元内设有一个正方形胞元件，并满足尺寸关系：d2=2d3；式中：d2为一级胞元筋长；d3为二级胞元筋长。

5.根据权利要求4所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：所述胞元结构有n级，n=2,3,4……，且每一级的胞元筋长度满足：dn=2dn+1，式中：dn为n-1级胞元筋长；dn+1为n级胞元筋长。

6.根据权利要求5所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：胞元结构的壁厚都相等。

7.根据权利要求1所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：所述梯度层级类蜂窝内芯结构的弧度能够根据不同的受力情况来设定形状大小。

8.根据权利要求1所述一种变截面梯度层级类蜂窝结构，其特征在于：所述变截面梯度层级类蜂窝结构由零级圆形胞元向竖直方向弯曲拉伸一定弧度形成的外壳与梯度层级类蜂窝内芯结构相连所构成。

技术总结本发明提供了一种变截面梯度层级类蜂窝结构，包括多组胞元结构，所述胞元结构包括圆形胞元件，在圆形胞元件内设有多级正方形胞元件，所述正方形胞元件沿着四个顶点方向分别向外延伸出四条胞元筋，所述胞元筋的另一端分别与最外层的圆形胞元件相连，所述梯度层级类蜂窝结构由圆形胞元件和多级正方形胞元件所构成；通过将梯度层级类蜂窝结构向竖直方向弯曲拉伸一定弧度形成带有一定壁厚的三维立体变截面结构，进而形成梯度层级类蜂窝内芯结构。用于改善传统蜂窝结构力学性能不足，应用范围有限等问题。技术研发人员：李响,汪善豪,李宁创,胡启双受保护的技术使用者：三峡大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5