CN109483981A - 一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，所述三明治板是由上、下两块面板和中间蜂窝芯组成三明治结构；所述蜂窝芯由多个方形波纹管阵列组合所得；波纹管的波纹为正弦曲线；所述方形波纹管的内部沿着高度方向嵌有层级复合结构，由上至下第一层为吸能板，由多个吸能胞沿着方形波纹管的长度方向排列构成；第二层为螺旋管，其沿着方形波纹管的高度放置，并且其上下两端分别与两块聚酯纤维板构成了三明治结构；第三层为点阵结构，由多个点阵单体阵列排布构成。上述的内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，解决了目前机舱内噪音和振动较严重的问题，旨在吸收机舱内噪音和振动的同时实现轻量化，在满足强度要求的前提下改善乘客的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板。
背景技术
近年来随着人们生活水平不断提高，旅游成为人们休闲度假的不二之选，而人们选择飞机作为出行工具也成为普遍现象。但飞机是一个封闭空间，客舱内的噪音以及振动对人们的身心健康和飞行体验产生了一定的影响，故人们希望能减少飞机客舱内的噪音和振动，因此需要尽可能的对机舱内的噪音和振动进行吸收。由于飞机对于自重十分敏感，所以该解决措施需要在不增加飞机自重的前提下进行，近年来，蜂窝结构已在飞机上广泛应用，在此基础上对蜂窝进行改进和设计，应用在机舱壁上，既能实现吸收振动和噪音，又能达到轻量化要求。因此，本发明以传统蜂窝结构为基础，通过对蜂窝结构进行改进以及在蜂窝内添加多层复合结构，来实现对机舱内的振动和噪音进行吸收的效果，改善人们的乘机舒适性。
发明内容
本发明的目的在于解决目前机舱内噪音和振动较严重的问题，旨在吸收机舱内噪音和振动的同时实现轻量化，在满足强度要求的前提下改善乘客的舒适性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，所述三明治板是由上、下两块面板和中间蜂窝芯组成三明治结构；
所述蜂窝芯由多个方形波纹管阵列组合所得；波纹管的波纹为正弦曲线；
所述方形波纹管的内部沿着高度方向嵌有层级复合结构，由上至下第一层为吸能板，由多个吸能胞沿着方形波纹管的长度方向排列构成；第二层为螺旋管，其沿着方形波纹管的高度放置，并且其上下两端分别与两块聚酯纤维板构成了三明治结构；第三层为点阵结构，由多个点阵单体阵列排布构成。其中上、下面板采用碳纤维板，其抗拉强度是普通钢材的数倍以上，具有优异的抗蠕变性能、耐腐蚀性和抗震性。
在一较佳实施例中：所述蜂窝芯结构采用铝合金作为材料。
在一较佳实施例中：所述上、下两块面板为碳纤维面板。
在一较佳实施例中：所述吸能胞为二十六面体结构。
在一较佳实施例中：所述点阵单体内填充有吸音棉
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
1.蜂窝三明治结构，吸能效果显著
方形截面初始峰值力较小，加之正弦式波纹作为诱导，使得整个蜂窝三明治结构对于外来的振动和冲击具有良好的吸收效果，上面板和下面板采用碳纤维板，具有优异的抗蠕变性能、耐腐蚀性和抗震性；蜂窝采用铝合金作为材料，密度小，强度高。利用碳纤维的高吸能特性和铝合金的良好延展性，通过蜂窝三明治结构可以吸收更多的能量，吸能效果更加显著。
2.多层级吸能，吸能效率高，可持续性强
外界有振动和能量冲击时，蜂窝三明治板通过波纹发生形变进行初步能量吸收，当能量传到蜂窝内部时，复合结构第一层吸能胞群开始发挥作用，发生形变，进一步吸收一部分能量和振动，并且吸能胞被压缩后提供了更大的吸能空间，使蜂窝三明治结构和后续的复合结构吸能更加充分。经过吸能胞群后，能量传递到第二层螺旋结构，利用其类弹簧的特性，可以对冲击能和振动进行进一步的吸收。蜂窝内复合结构最后一层为由三维点阵组成的点阵结构，具有各向异性，可以将复杂的应力状态转化为杆件内简单的拉压应力状态，不仅可以作为承重部件，还可以吸收振动，提高了吸能效率。蜂窝三明治外壳和层级复合结构优缺互补、相辅相成，有效的吸收飞机的冲击能和振动，且多层级结构，吸收的可持续性强。
3.多层级吸收噪音，降低噪音效果显著，兼具阻燃效果
噪音通过复合结构时，聚酯纤维板和第二层螺旋结构开始吸收噪音，利用螺旋结构形成的空腔共振吸声结构和聚酯纤维优良的吸收噪音的能力，传递进飞机客舱中的噪音大多数被这一部分结构所吸收，当大部分噪音被吸收后，残余噪音可以被嵌于第三层点阵结构中的吸音棉所吸收，除此之外，吸音棉还可以起到阻燃的作用，防止客舱着火蔓延过快，提高乘客自身安全等级。
4.多孔结构和轻质材料，满足轻量化要求
考虑到飞机对于自重具有严格要求，因此本发明除第二层螺旋结构和第一层、第三层复合结构之间的聚酯纤维板外，均采用纤维板和铝制材料，选用材料均密度较低，且多采用多孔结构节省材料，减轻自重，满足轻量化要求。
5.结构稳定，适应性高
外层碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，增强了三明治板的强度和刚度，具有优良的外界适应性。波纹管结构和蜂窝内部点阵结构使本发明面对能量冲击时具有良好的稳定性，吸能过程中波纹管和第一层吸能胞群发生形变时本发明整体形状不会发生较大畸变，结构稳定性好。本发明不仅可以吸收飞机正常运行中产生的振动和噪音，还可以在飞机遭遇外界气流冲击或碰撞冲击时吸收一定的碰撞能，保护客舱内乘客的安全。
附图说明
图1是本发明的整体示意图；
图2二是蜂窝芯及波纹管示意图；
图3是层级复合结构示意图；
图4是第一层吸能板示意图；
图5是第二层螺旋结构示意图；
图6是第三层点阵结构示意图；
图中：101是碳纤维板；102是蜂窝芯；301是波纹管；302是吸能板；303是螺旋管；304是点阵结构；305是聚酯纤维板；601是吸音棉。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述说明。
本实施例所提供的一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，整体示意图如图1所示，由上、下两块面板101和中间蜂窝芯102组成。
其中上、下面板101采用碳纤维板，其抗拉强度是普通钢材的数倍以上，具有优异的抗蠕变性能、耐腐蚀性和抗震性。
蜂窝芯结构102采用铝合金作为材料，由多个方形波纹管阵列组合所得，如图2所示，波纹管的波纹采用正弦曲线作为诱导，相对于传统的三角形截面波纹管，具有更加良好的吸收振动的效果。
方形波纹管内部嵌有层级复合结构，如图2所示，管内由三层复合结构，第一层为吸能板302，由多个吸能胞沿着方形波纹管的长度方向排列构成，如图4所示，每一个吸能胞为二十六面体结构，采用轻质且具有良好吸能效果的铝材。能量通过上面板传到第一层吸能结构，吸能胞开始吸收能量并发生变形，在削弱能量的同时，增大了多层级复合结构吸能的空间。第二层为螺旋管303，其沿着方形螺纹管的高度方向设置，并且其上下两端分别与两块聚酯纤维板构成了三明治结构，如图5所示，聚酯纤维板是一种以聚酯纤维和玻璃丝为原料经热压成型制成的兼具吸音功能的材料，在125--4000HZ噪声范围内最高吸音系数达到0.9以上，同时利用螺旋管独特的螺旋孔间隙，可以与声波产生共振，形成空腔共振吸声结构，相对于传统的多孔吸声结构，本结构在拓宽频带的同时提高了吸声系数，具有优良的吸声效果。二者相互作用，可以有效地对噪音进行吸收，另外，利用螺旋结构类弹簧的特性，可以对冲击能和振动进行进一步的吸收。第三层为点阵结构304，如图6所示，由多个点阵单体阵列排布构成，具有各向异性，可以将复杂的应力状态转化为杆件内简单的拉压应力状态，不仅可以作为吸收振动的部件，还可以承重，每个单体内填充有吸音棉601，可以吸收传到第三层的残余噪音，并起到阻燃的效果。本发明总体上采用轻质材料和多孔结构，满足轻量化要求。
利用碳纤维的高吸能特性和铝合金的良好延展性，通过蜂窝三明治结构可以吸收更多的能量，吸能效果更加显著。利用蜂窝内嵌的多层级复合结构，不仅可以吸收飞机正常运行中产生的振动和噪音，还可以在飞机遭遇外界气流冲击或碰撞冲击时吸收一定的碰撞能，吸能效率高，可持续性强，在客舱着火后还可以有效地起到阻燃的效果，改善了客舱内乘客的乘机舒适性，并起到保护乘客安全的作用。
以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。
Claims (5)
1.一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，其特征在于：所述三明治板是由上、下两块面板和中间蜂窝芯组成三明治结构；
所述蜂窝芯由多个方形波纹管阵列组合所得；波纹管的波纹为正弦曲线；
所述方形波纹管的内部沿着高度方向嵌有层级复合结构，由上至下第一层为吸能板，由多个吸能胞沿着方形波纹管的长度方向排列构成；第二层为螺旋管，其沿着方形波纹管的高度放置，并且其上下两端分别与两块聚酯纤维板构成了三明治结构；第三层为点阵结构，由多个点阵单体阵列排布构成。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，其特征在于：所述蜂窝芯结构采用铝合金作为材料。
3.根据权利要求1所述的一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，其特征在于：所述上、下两块面板为碳纤维面板。
4.根据权利要求1所述的一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，其特征在于：所述吸能胞为二十六面体结构。
5.根据权利要求1所述的一种内嵌多层级结构的蜂窝三明治板，其特征在于：所述点阵单体内填充有吸音棉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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