一种仿生三明治结构的制作方法

本发明涉及吸能防护设备，具体涉及一种仿生三明治结构。

背景技术：

1、三明治结构作为典型的结构与功能一体化材料，由芯层和两层致密面板组成，具备优异的力学特性和功能特点的吸能防护结构，可作为外部牺牲层结构或能量吸收装置广泛应用在航空航天、军事防御、车辆工程、交通运输、土木工程、风工程等领域。随着冲击、爆破荷载强度及频率的不断增高，轻量化、高抗冲击及吸能特性作为重要设计目标需不断优化和提升使得结构在制造、维护和服役过程中能够高效、及时地满足各领域的安全要求。

2、目前，传统正弦芯三明治结构具备良好的抗冲击性能和吸能响应，具有较高的纵向弯曲性能，以及在抗剪切、抗扭等方面具有较为平衡的力学性能和较高的承载效率。同时，该结构具有良好的通风特性，可避免类似蜂窝、泡沫等封闭芯层结构因水分积聚所导致的耐久性问题。然而，传统正弦芯三明治结构仍然无法有效处理结构在冲击荷载下产生的复杂非均匀应力状态，且易产生脱层现象。因此，结构在抗冲击和冲击吸能方面有待进一步优化提升，以提高在局部冲击加载下整体结构的冲击防护响应。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种能够有效耗散冲击能量，满足在冲击荷载下对复杂非均匀应力状态的需求，提高抗冲击和冲击吸能性能的仿生三明治结构。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种仿生三明治结构，包括上面板、下面板以及设置于所述上面板与所述下面板之间的芯层，所述芯层的基本几何形式为正弦芯，所述芯层上设有仿生曲面波纹状结构。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、所述仿生曲面波纹状结构的截面中心线为多阶波纹状曲线。

6、所述芯层为等壁厚壁体。

7、优选的，所述芯层为梯度壁厚壁体，所述芯层的壁厚从靠近所述上面板的一侧向靠近所述下面板的一侧呈梯度均匀递减。

8、所述芯层上靠近所述上面板的一侧设有上平台段，所述芯层通过所述上平台段与所述上面板连接；所述芯层上靠近所述下面板的一侧设有下平台段，所述芯层通过所述下平台段与所述下面板连接。

9、所述上面板、所述下面板和所述芯层为一体成型结构。

10、所述上面板、所述下面板和所述芯层采用铝合金材料制成。

11、与现有技术相比，本发明的优点在于：

12、1、本发明的仿生三明治结构包括上面板、下面板和芯层，通过借鉴海生贝类的生物构型，提取与能量吸收相关的结构特征，在芯层上设有仿生曲面波纹状结构，该结构特征取型于海生贝类的曲面波纹状硬壳构型，使得芯层中任一个周期单元上具有多个仿生曲面，在上面板冲到冲击荷载作用发生弯曲变形时，芯层承担主要的应力，通过芯层自身沿仿生曲面的曲率方向发生弯曲变形，逐层耗散冲击能量，表现出极高的吸能及防护能力，可有效分散冲击荷载，避免或减轻冲击对内部被防护结构的损伤。

13、2、芯层结合梯度设计，具有优异的抗冲击性能，可满足结构在冲击荷载下对复杂非均匀应力状态的需求，有效改善结构冲击防护性能；此外，仿生三明治结构在芯层与上面板、下面板之间增设了平台段设计，制备工艺采用一体式热冲压技术制备，能够有效降低结构面板与芯层间的冲击脱层现象，提高结构的冲击稳定性。

技术特征：

1.一种仿生三明治结构，包括上面板（1）、下面板（2）以及设置于所述上面板（1）与所述下面板（2）之间的芯层（3），所述芯层（3）的基本几何形式为正弦芯，其特征在于，所述芯层（3）上设有仿生曲面波纹状结构。

2.根据权利要求1所述的仿生三明治结构，其特征在于，所述仿生曲面波纹状结构的截面中心线为多阶波纹状曲线。

3.根据权利要求2所述的仿生三明治结构，其特征在于，所述芯层（3）为等壁厚壁体。

4.根据权利要求2所述的仿生三明治结构，其特征在于，所述芯层（3）为梯度壁厚壁体，所述芯层（3）的壁厚从靠近所述上面板（1）的一侧向靠近所述下面板（2）的一侧呈梯度均匀递减。

5.根据权利要求3或4所述的仿生三明治结构，其特征在于，所述芯层（3）上靠近所述上面板（1）的一侧设有上平台段（301），所述芯层（3）通过所述上平台段（301）与所述上面板（1）连接；

6.根据权利要求5所述的仿生三明治结构，其特征在于，所述上面板（1）、所述下面板（2）和所述芯层（3）为一体成型结构。

7.根据权利要求6所述的仿生三明治结构，其特征在于，所述上面板（1）、所述下面板（2）和所述芯层（3）采用铝合金材料制成。

技术总结本发明公开了一种仿生三明治结构，包括上面板、下面板以及设置于上面板与下面板之间的芯层，芯层的基本几何形式为正弦芯，芯层上设有仿生曲面波纹状结构。该仿生三明治结构的芯层基本几何形式采用正弦芯，通过增设与能量吸收相关的仿生曲面波纹结构，能够有效提高结构的能量吸收特性和冲击防护性能。技术研发人员：丁超,孙静受保护的技术使用者：佛山华迅智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26