CN108824634B - 一种轻质空间点阵结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一种轻质空间点阵结构，包括N个相互连接的单胞；所述每个单胞包括上多边形框架a、下多边形框架c以及侧面杆系b；上多边形框架a与下多边形框架b的结构相同，侧面杆系b为多个连接杆，依照同一连接原则连接上多边形框架a与下多边形框架b。有益效果：本发明通过设计侧面杆系c中各杆的连接方式提升了结构的抗弯曲性能。通过设计上多边形框架a以及下多边形框架b的延拓方式提升了结构的抗扭转性能。轻质空间点阵结构其内部具有贯通孔，有利于实现功能化需求。采用此类轻质空间点阵结构可以实现结构的轻量化设计,在最小局部尺寸相同的条件下，本发明的轻质空间点阵结构孔隙率比传统的蜂窝结构更大。

Description

一种轻质空间点阵结构
技术领域
本发明属于工程结构技术领域，涉及一种轻质空间点阵结构。
背景技术
传统的轻质结构多为泡沫和蜂窝夹心结构，这些结构往往只在一个方向具有很大的刚度，其抗弯曲、抗扭转性能不佳；同时由于其内部空间的封闭性，在结构内部存在温度梯度的情况下，其内部空气和结构不同的导热系数会使得结构产生额外的热变形，从而导致结构失效乃至破坏。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种轻质空间点阵结构，针对传统轻质结构中的不足提出的轻质空间点阵结构，其内部空间开放，具有贯通孔；同时在满足垂直于xoy平面方向强度的基础上，具有良好的抗弯曲、抗扭转性能。
技术方案
一种轻质空间点阵结构，其特征在于包括N个相互连接的单胞；所述每个单胞包括上多边形框架a、下多边形框架c以及侧面杆系b；上多边形框架a与下多边形框架b的结构相同，侧面杆系b为多个连接杆，依照同一连接原则连接上多边形框架a与下多边形框架b；所述连接原则为：每一根连接杆的连接点为上多边形框架a与下多边形框架c中每一边的端点、中点或任意等分点，且为斜向连接；所述上多边形框架a与下多边形框架b为正长多边形，且正长多边形为偶数个边；N个单胞相互连接时，将相邻单胞的顶角相连接，或相邻单胞之间采用多边形组合框架相连接，或使得单胞在x、y、z三个方向进行延拓后成为空间点阵结构。
所述多边形的顶角相连接时，相邻单胞的边与边相互连接。
所述多边形的顶角相连接时，相邻单胞的边与边没有相互连接，相邻单胞之间由顶角与顶角形成三角形或四边形。
所述多边形组合框架为单个三角形、多个三角形、单个正方形、多个正方形、三角形与正方形、正方形与六边形。
所述上多边形框架a、下多边形框架b以及侧面杆系c中的每一根连接杆的截面为圆形、方杆或各种形式的曲杆。
当N个六边形单胞相互不直接连接时，连接部位采用没有侧面杆的三角形框架。
当N个十二边形单胞和六边形单胞、四边形单胞混合在平面内延拓连接时，六边形单胞、四边形单胞混合在平面内延拓，中间夹三角形。
四边形及四边形以上的多边形框架有侧面杆或没有侧面杆。
所述侧面杆截面形状是任意的。
所述侧面杆为直杆或曲杆。
有益效果
本发明提出的一种轻质空间点阵结构，包括N个相互连接的单胞；所述每个单胞包括上多边形框架a、下多边形框架c以及侧面杆系b；上多边形框架a与下多边形框架b的结构相同，侧面杆系b为多个连接杆，依照同一连接原则连接上多边形框架a与下多边形框架b。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的轻质空间点阵结构通过设计侧面杆系c中各杆的连接方式提升了结构的抗弯曲性能。
2、本发明提出的轻质空间点阵结构通过设计上多边形框架a以及下多边形框架b的延拓方式提升了结构的抗扭转性能。
3、本发明提出的轻质空间点阵结构其内部具有贯通孔，有利于实现功能化需求。
4、采用此类轻质空间点阵结构可以实现结构的轻量化设计,在最小局部尺寸相同的条件下，本发明的轻质空间点阵结构孔隙率比传统的蜂窝结构更大。
附图说明
图1为本发明的轻质空间点阵结构的单胞示意图；
图2为侧面杆系c中各杆的另一种连接方式示意图；
图3(a)为本发明的轻质空间点阵结构单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6,6,6)的方式延拓的示意图；图3(b)为本发明的轻质空间点阵结构单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6,6,3,3)的方式延拓的示意图；
图4(a)和图4(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6，3,3,3,3)的方式延拓的示意图；
图5(a)和图5(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6，4,4,3)的方式延拓的示意图；
图6(a)和图6(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(12，6,4)的方式延拓的示意图；
图7为本发明的轻质空间点阵结构整体示意图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明的轻质空间点阵结构的单胞示意图，参照图1，本发明的轻质空间点阵结构单胞包括，上多边形框架a、下多边形框架b、侧面杆系c。其中，结点2是结点1与结点3连接组成的杆的中点，结点4是结点3与结点5连接组成的杆的中点，结点6是结点5与结点7连接组成的杆的中点，结点8是结点7与结点9连接组成的杆的中点，结点10是结点9与结点11连接组成的杆的中点，结点12是结点11与结点1连接组成的杆的中点，结点14是结点13与结点15连接组成的杆的中点，结点16是结点15与结点17连接组成的杆的中点，结点18是结点17与结点19连接组成的杆中点，结点20是结点19与结点21连接组成的杆的中点，结点22是结点21与结点23连接组成的杆的中点，结点24是结点23与结点13连接组成的杆的中点。需要指出的是，上述的结点2、结点4、结点6、结点8、结点10、结点12、结点14、结点16、结点18、结点20、结点22、结点24不仅仅局限于是其对应杆的中点，他们还可以是其对应杆的任意等分点。结点1与结点3连接组成的杆、结点3与结点5连接组成的杆、结点5与结点7连接组成的杆、结点7与结点9连接组成的杆、结点9与结点11连接组成的杆、结点11与结点1连接组成的杆共同组成了上多边形框架a。结点13与结点15连接组成的杆、结点15与结点17连接组成的杆、结点17与结点19连接组成的杆、结点19与结点21连接组成的杆、结点21与结点23连接组成的杆、结点23与结点13连接组成的杆共同组成了下多边形框架b。结点1与结点17连接组成的杆、结点1与结点21连接组成的杆、结点2与结点18连接组成的杆、结点2与结点22连接组成的杆、结点3与结点19连接组成的杆、结点3与结点23连接组成的杆、结点4与结点20连接组成的杆、结点4与结点24连接组成的杆、结点5与结点21连接组成的杆、结点5与结点13连接组成的杆、结点6与结点22连接组成的杆、结点6与结点14连接组成的杆、结点7与结点15连接组成的杆、结点7与结点23连接组成的杆、结点8与结点16连接组成的杆、结点8与结点24连接组成的杆、结点9与结点17连接组成的杆、结点9与结点13连接组成的杆、结点10与结点18连接组成的杆、结点10与结点14连接组成的杆、结点11与结点15连接组成的杆、结点11与结点19连接组成的杆、结点12与16连接组成的杆、结点12与结点20连接组成的杆共同组成了侧面杆系c。
图2是本发明的轻质空间点阵结构单胞中侧面杆系c的另一种连接方式示意图，参照图2，结点2是结点1与结点3连接组成的杆的中点，结点4是结点3与结点5连接组成的杆的中点，结点6是结点5与结点7连接组成的杆的中点，结点8是结点7与结点9连接组成的杆的中点，结点10是结点9与结点11连接组成的杆的中点，结点12是结点11与结点1连接组成的杆的中点，结点14是结点13与结点15连接组成的杆的中点，结点16是结点15与结点17连接组成的杆的中点，结点18是结点17与结点19连接组成的杆中点，结点20是结点19与结点21连接组成的杆的中点，结点22是结点21与结点23连接组成的杆的中点，结点24是结点23与结点13连接组成的杆的中点。需要指出的是，上述的结点2、结点4、结点6、结点8、结点10、结点12、结点14、结点16、结点18、结点20、结点22、结点24不仅仅局限于是其对应杆的中点，他们还可以是其对应杆的任意等分点。侧面杆系c的连接方式为：结点1与结点16连接组成杆、结点1与结点22连接组成杆、结点2与结点17连接组成杆、结点2与结点23连接组成杆、结点3与结点18连接组成杆、结点3与结点24连接组成杆、结点4与结点19连接组成杆、结点4与结点13连接组成杆、结点5与结点20连接组成杆、结点5与结点14连接组成杆、结点6与结点21连接组成杆、节点6与结点15连接组成杆、结点7与结点16连接组成杆、结点7与结点22连接组成杆、结点8与结点17连接组成杆、结点8与结点23连接组成杆、结点9与结点18连接组成杆、结点9与结点24连接组成杆、结点10与结点19连接组成杆、结点10与结点13连接组成杆、结点11与结点20连接组成杆、结点11与结点14连接组成杆、结点12与结点15连接组成杆、结点12与结点21连接组成杆。需要指出的是，侧面杆系c中各杆的连接方式并不局限于图1和图2中所述的连接方式，根据图1和图2中所述的连接方式还可以做出多种连接方式。
图3(a)为本发明的轻质空间点阵结构单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6,6,6)的方式延拓的示意图，参照图3(a)，在延拓时，结点25与结点28重合，结点26、结点29与结点32重合，结点27与结点33重合，结点30与结点31重合，即可使得单胞在xoy平面内延拓；这种延拓方式提升了结构的抗扭转性能，同时也使得结构内部具有贯通孔，有利于实现功能化的需求；其中，单胞的数量N可按要求确定。图3(b)为本发明的轻质空间点阵结构单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6,6,3,3)的方式延拓的示意图，参照图3(b)，在延拓时，结点34与结点39重合，结点35与结点36重合，结点37与结点38重合，即可使得单胞在xoy平面内延拓，这种延拓方式提升了结构的抗扭转性能，同时也使得结构内部具有贯通孔，有利于实现功能化的需求；其中，单胞的数量N可按要求确定。
图4(a)和图4(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6，3,3,3,3)的方式延拓的示意图；其中，图4(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内延拓的俯视图；参照图4(a)，正六边形框架的每一边连接了一个正三角形框架，延拓时，结点42与结点40重合，结点43与结点41重合，结点44与结点49重合，结点45与结点48重合，结点46与结点50重合，结点47与结点51重合；其中，单胞数量N可按要求确定。
图5(a)和图5(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(6，4,4,3)的方式延拓的示意图；其中，图5(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内延拓的俯视图；参照图5(a)，正六边形框架的中相邻的三条边中每一边连接了一个正方形框架，延拓时，结点52与结点57重合，结点53与结点58重合，结点54与结点59重合，结点56与结点61重合，结点55与结点62重合，结点54与结点63重合，结点63与结点59重合，结点64与结点60重合；其中，单胞数量N可按要求确定。
图6(a)和图6(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内以平面镶嵌中(12，6,4)的方式延拓的示意图；其中，图6(b)为本发明的轻质空间点阵单胞在xoy平面内延拓的俯视图；参照图6(a)，正十二边形框架中的两条边各连接了一个正六边形框架的单胞，延拓时，结点65与结点80重合，结点66与结点79重合，结点67与结点74重合，结点68与结点73重合，结点69与结点72重合，结点70与结点71重合，结点75与结点78重合，结点76与结点77重合；其中，单胞数量N可按要求确定。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。

Claims (8)

1.一种轻质空间点阵结构，其特征在于包括N个相互连接的单胞；所述每个单胞包括上多边形框架a、下多边形框架c以及侧面杆系b；上多边形框架a与下多边形框架b的结构相同，侧面杆系b为多个连接杆，依照同一连接原则连接上多边形框架a与下多边形框架b；所述连接原则为：每一根连接杆的连接点为上多边形框架a与下多边形框架c中每一边的端点、中点或任意等分点，且为斜向连接；所述上多边形框架a与下多边形框架b为正长多边形，且正长多边形为偶数个边；N个单胞相互连接时，将相邻单胞的顶角相连接，或相邻单胞之间采用多边形组合框架相连接，或使得单胞在x、y、z三个方向进行延拓后成为空间点阵结构；所述轻质空间点阵结构其内部具有贯通孔，有利于实现功能化需求；
所述多边形的顶角相连接时，相邻单胞的边与边相互连接；
或者所述多边形的顶角相连接时，相邻单胞的边与边没有相互连接，相邻单胞之间由顶角与顶角形成三角形或四边形；
所述侧面杆系b的连接方式为：结点(1)与结点(16)连接组成杆、结点(1)与结点(22)连接组成杆、结点(2)与结点(17)连接组成杆、结点(2)与结点(23)连接组成杆、结点(3)与结点(18)连接组成杆、结点(3)与结点(24)连接组成杆、结点(4)与结点(19)连接组成杆、结点(4)与结点(13)连接组成杆、结点(5)与结点(20)连接组成杆、结点(5)与结点(14)连接组成杆、结点(6)与结点(21)连接组成杆、节点(6)与结点(15)连接组成杆、结点(7)与结点(16)连接组成杆、结点(7)与结点(22)连接组成杆、结点(8)与结点(17)连接组成杆、结点(8)与结点(23)连接组成杆、结点(9)与结点(18)连接组成杆、结点(9)与结点(24)连接组成杆、结点(10)与结点(19)连接组成杆、结点(10)与结点(13)连接组成杆、结点(11)与结点(20)连接组成杆、结点(11)与结点(14)连接组成杆、结点(12)与结点(15)连接组成杆、结点(12)与结点(21)连接组成杆；所述结点（2）、结点(4)、结点(6)、结点(8)、结点(10)、结点(12)、结点(14)、结点(16)、结点(18)、结点(20)、结点(22)、结点(24)不局限于是其对应杆的中点，还可以是其对应杆的任意等分点。
2.根据权利要求1所述轻质空间点阵结构，其特征在于：所述多边形组合框架为单个三角形、多个三角形、单个正方形、多个正方形、三角形与正方形、正方形与六边形。
3.根据权利要求1所述轻质空间点阵结构，其特征在于：所述上多边形框架a、下多边形框架b以及侧面杆系c中的每一根连接杆的截面为圆形、方杆或各种形式的曲杆。
4.根据权利要求1所述轻质空间点阵结构，其特征在于：当N个六边形单胞相互不直接连接时，连接部位采用没有侧面杆的三角形框架。
5.根据权利要求1所述轻质空间点阵结构，其特征在于：当N个十二边形单胞和六边形单胞、四边形单胞混合在平面内延拓连接时，六边形单胞、四边形单胞混合在平面内延拓，中间夹三角形。
6.根据权利要求1所述轻质空间点阵结构，其特征在于：四边形及四边形以上的多边形框架有侧面杆或没有侧面杆。
7.根据权利要求6所述轻质空间点阵结构，其特征在于：所述侧面杆截面形状是任意的。
8.根据权利要求6所述轻质空间点阵结构，其特征在于：所述侧面杆为直杆或曲杆。
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