CN113858717B - 一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构。这种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，具有主体，主体包括上下分布的直筒段和锥筒段；主体包括内外设置的外面板和内面板，外面板和内面板之间夹设点阵夹芯；点阵夹芯包括多个水平设置的铝合金丝环，铝合金丝环为锯齿状的多边形铝合金丝环，相邻两个铝合金丝环错峰设置；铝合金丝环外沿连接有锯齿状的铝合金丝条，铝合金丝环和铝合金丝条的节点连接处采用十字卡槽连接结构，点阵夹芯每个节点单元均为金字塔状。本发明中主体由直筒段和锥筒段构成，内部夹层采用金字塔点阵夹芯结构减轻重量，在开孔位置埋入铝合金梁，并在筒形承力结构上下端面接入金属框，增强连接强度。

Description

一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构
技术领域
本发明涉及承力结构技术领域，尤其是一种具有轻质筒形承力结构的复合材料点阵夹芯筒形承力结构。
背景技术
筒形承力结构广泛应用于航天器舱段、特种设备保护壳、大型支撑架等。传统筒形承力结构大多以等内外径的圆筒构成，而且承力结构的设计将结构***和功能***分开考虑，即一部分材料满足结构强度、刚度等力学性能的要求；另一部分材料满足隔热、隔振或电子屏蔽等要求。这样就大大的增加了结构的重量，降低了其使用性能以及可靠性。如果可以把主承力结构力学性能和功能设计结合考虑，将会节省空间，并能减轻整体结构重量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，既可以利用承力结构内部空间进行功能设计，又能减轻主承力结构重量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，具有主体，主体包括上下分布的直筒段和锥筒段，锥筒段小端部与直筒段连接且小端部与直筒段直径相等；所述主体包括内外设置的外面板和内面板，外面板和内面板之间夹设点阵夹芯；
所述点阵夹芯包括多个水平设置的铝合金丝环，铝合金丝环为锯齿状的多边形铝合金丝环，相邻两个铝合金丝环错峰设置；铝合金丝环外沿连接有锯齿状的铝合金丝条，铝合金丝环和铝合金丝条的节点连接处采用十字卡槽连接结构，点阵夹芯每个节点单元均为金字塔状。
外面板和内面板采用高模量碳纤维复合材料，列如高模量碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、混杂纤维材料等，满足结构强度的同时，进一步减轻该复合材料点阵夹芯筒形承力结构的重量。
进一步地，该复合材料点阵夹芯筒形承力结构还包括上金属框和下金属框，上金属框盖设在直筒段顶端部，下金属框盖设在锥筒段底端部。上金属框和下金属框可以提高该复合材料点阵夹芯筒形承力结构的连接强度。
进一步地，该复合材料点阵夹芯筒形承力结构还包括铝合金梁，铝合金梁位于直筒段，直筒段的点阵夹芯与铝合金梁卡设连接。铝合金梁增强该复合材料点阵夹芯筒形承力结构的结构强度。
进一步地，所述铝合金梁上开设有安装槽，安装槽嵌入点阵夹芯内。
进一步地，所述点阵夹芯内外两侧分别通过胶粘剂与外面板和内面板连接。
进一步地，所述直筒段具有若干开孔，开孔位于外面板，铝合金梁对应开孔处设置。开孔便于外部结构的扩展和连接。
本发明的有益效果是：本发明结构简单，具有以下优点：
(1)、本发明所述的点阵夹芯筒形承力结构性能优良，克服了传统筒形承力结构外形单一的缺点，并且为承力结构功能设计提供新思路；
(2)、本发明所述的点阵夹芯筒形承力结构，内外面板之间用点阵夹芯结构连接，既可以进一步减轻承力结构的重量，又能保证承力结构的力学特性；
(3)、本发明所述的点阵夹芯筒形承力结构对局部损伤不敏感，耐损伤程度大，可靠性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的结构示意图；
图2是铝合金梁和点阵夹芯的安装示意图；
图3是图2中Ⅰ处的局部放大图；
图4是铝合金丝环和铝合金丝条的安装示意图；
图5是图4中Ⅱ处的局部放大图；
图6是上金属框的示意图；
图7是图6中A-A向的示意图；
图8是下金属框的示意图；
图9是图8中B-B向的示意图。
图中：1.上金属框，2.外面板，3.下金属框，4.内面板，5.铝合金梁，6.点阵夹芯，5-1.安装槽，6-1.铝合金丝环，6-2.铝合金丝条。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～9所示的一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，具有主体，主体包括上下分布的直筒段和锥筒段，锥筒段小端部与直筒段连接且小端部与直筒段直径相等；主体包括内外设置的外面板2和内面板4，外面板2和内面板4之间夹设点阵夹芯6；
点阵夹芯6包括多个水平设置的铝合金丝环6-1，铝合金丝环6-1为锯齿状的多边形铝合金丝环，相邻两个铝合金丝环6-1错峰设置；铝合金丝环6-1外沿连接有锯齿状的铝合金丝条6-2，铝合金丝环6-1和铝合金丝条6-2的节点连接处采用十字卡槽连接结构，点阵夹芯6每个节点单元均为金字塔状。
该复合材料点阵夹芯筒形承力结构还包括上金属框1和下金属框3，上金属框1盖设在直筒段顶端部，下金属框3盖设在锥筒段底端部。
该复合材料点阵夹芯筒形承力结构还包括铝合金梁5，铝合金梁5位于直筒段，直筒段的点阵夹芯6与铝合金梁5卡设连接；直筒段具有若干开孔，开孔位于外面板2，铝合金梁5对应开孔处设置；铝合金梁5上开设有安装槽5-1，安装槽5-1嵌入点阵夹芯6。
点阵夹芯6内外两侧分别通过胶粘剂与外面板2和内面板4连接。
这种复合材料点阵夹芯筒形承力结构的制作过程为：
(1)、点阵夹芯6通过冲压-镶嵌工艺制成，铝合金丝环6-1和铝合金丝条6-2分别由铝合金板冲压成型，并且在铝合金丝环6-1和铝合金丝条6-2的节点处设有卡扣，然后将铝合金丝条6-2和铝合金丝环6-1垂直拼接，最后拼出点阵夹芯，点阵夹芯6的每个单元呈金字塔状，节点处为十字平面；在点阵夹芯锥筒段和直筒段的过渡处，铝合金丝条6-2并没有采用其他连接形式，而是冲压一次成型，这有利于提高点阵夹芯筒形承力结构连接处强度。在点阵夹芯锥筒段，铝合金丝环6-1随着锥筒的变大，自身直径也逐渐递增；
(2)、为了保证复合材料点阵夹芯筒形承力结构开孔处结构强度，设置3个铝合金梁5对开孔处补强；铝合金梁5整体呈空心圆环状，为了嵌入点阵夹芯结构中，铝合金梁5均匀开设有安装槽5-1；该方法既可以提高开孔处强度，又能增加整体结构抗剪切强度；
(3)、复合材料点阵夹芯筒形承力结构内部结构已完成，然后将外面板2和内面板4与点阵夹芯6通过胶粘的方式连接起来；
(4)、上金属框1安装在直筒段顶部，下金属框3安装在锥筒段底部，组成了完整的复合材料点阵夹芯筒形承力结构。
这种复合材料点阵夹芯筒形承力结构由直筒段和锥筒段构成，内部夹层采用金字塔点阵夹芯结构减轻重量，在开孔位置埋入铝合金梁5，并在筒形承力结构上下端面接入金属框，增强连接强度。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (6)

1.一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，其特征在于：具有主体，主体包括上下分布的直筒段和锥筒段，锥筒段小端部与直筒段连接且小端部与直筒段直径相等；所述主体包括内外设置的外面板（2）和内面板（4），外面板（2）和内面板（4）之间夹设点阵夹芯（6）；
所述点阵夹芯（6）包括多个水平设置的铝合金丝环（6-1），铝合金丝环（6-1）为锯齿状的多边形铝合金丝环，相邻两个铝合金丝环（6-1）错峰设置；铝合金丝环（6-1）外沿连接有锯齿状的铝合金丝条（6-2），铝合金丝环（6-1）和铝合金丝条（6-2）的节点连接处采用十字卡槽连接结构，点阵夹芯（6）每个节点单元均为金字塔状；
承力结构还包括铝合金梁（5），铝合金梁（5）位于直筒段，直筒段的点阵夹芯（6）与铝合金梁（5）卡设连接；铝合金梁（5）整体呈空心圆环状，所述铝合金梁（5）上开设有安装槽（5-1），安装槽（5-1）嵌入点阵夹芯（6）。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，其特征在于：还包括上金属框（1）和下金属框（3），上金属框（1）盖设在直筒段顶端部，下金属框（3）盖设在锥筒段底端部。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，其特征在于：所述点阵夹芯（6）内外两侧分别通过胶粘剂与外面板（2）和内面板（4）连接。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，其特征在于：所述直筒段具有若干开孔，开孔位于外面板（2），铝合金梁（5）对应开孔处设置。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料点阵夹芯筒形承力结构，其特征在于：在锥筒段和直筒段的过渡处，铝合金丝条（6-2）采用冲压一次成型；在锥筒段，所述铝合金丝环（6-1）随着锥筒的变大，自身直径也随者递增。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料点阵夹芯筒承力结构，其特征在于：沿所述铝合金丝环(6-1)的周向上，相邻卡槽的朝向相反；沿所述铝合金丝条(6-2)的延伸方向上，相邻卡槽的朝向相反。
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