本發(fā)明涉及一種中空金字塔型點陣夾芯板及其制備方法，屬于航天航空技術領域。

背景技術：

當今對節(jié)能減排的推廣和要求越來越高，節(jié)能減排的目的已滲透到很多行業(yè)中，其中輕質高強金屬夾層結構已被廣泛地設計、制造和應用于對重量敏感的應用中，該類結構由薄而剛硬的面板和低密度芯體兩部分組成。以金字塔型點陣結構為代表微點陣桁架是當今的研究熱點，并且其開放的內部空間易于集成多功能特性。特別地，桁架的中空化可以顯著地提高實心桿件抗彈性或非彈性屈曲的能力，可以明顯緩解低密度桁架結構常見的后屈曲軟化現(xiàn)象，使芯桿具有較高的后屈曲殘余強度，并且具有更優(yōu)的比吸能特性。過去的十年里關于金屬點陣桁架材料的研究主要集中在實心桁架點陣方面。而現(xiàn)有的關于中空桁架點陣的力學試驗數(shù)據(jù)極少，這主要是因為相應的制備技術稀缺并且方法復雜，現(xiàn)有制備中空金字塔型點陣夾芯板的方法迄今為止也只有兩種，分別為圓管線組裝結點折疊法以及插管法。前者熱處理流程復雜并且芯桿與結點處的均存在大量的形貌缺陷，嚴重影響了結構的綜合力學性能；而后者相較于前者顯著提升了結構的綜合力學性能，但釬焊流程繁瑣且焊料用量大，增加了制備成本，此外，該方法要求較高的精密加工方法，零部件組裝時需要精密配合且面板重，無法形成大尺寸多單胞的夾芯結構。因此現(xiàn)有的制備方法嚴重制約了中空金字塔型點陣夾芯板的發(fā)展和產業(yè)化應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種中空金字塔型點陣夾芯板及其嵌鎖制備方法，以解決現(xiàn)有的中空金字塔型點陣夾芯板的制備步驟繁瑣且成本較高，零部件組裝時需要精密配合且面板重，無法形成大尺寸多單胞的夾芯結構的問題。

本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種中空金字塔型點陣夾芯板，它包括上面板、下面板和芯子，所述上面板和下面板從上至下依次水平并列設置，所述芯子設置在上面板和下面板之間，所述芯子包括多個單胞，每個單胞包括x形連接片的外露段、兩個第一帶狹槽圓柱管體和兩個第二帶狹槽圓柱管體，兩個第一帶狹槽圓柱管體和兩個第二帶狹槽圓柱管體交替設置在x形連接片的下方，每個第一帶狹槽圓柱管體的上端與x形連接片的外露段相嵌鎖且該個第一帶狹槽圓柱管體上端與上面板相貼緊，每個第二帶狹槽圓柱管體的上端與x形連接片的外露段相嵌鎖且該個第二帶狹槽圓柱管體的上端與上面板相貼緊；

x形連接片包括上組成片和下組成片，上組成片的底部加工有一個第一豎直插縫和兩個第一連接槽口，兩個第一連接槽口對稱排列于第一豎直插縫的兩側，每個第一連接槽口處對應連接有一個第一帶狹槽圓柱管體，每個第一帶狹槽圓柱管體的下端面與下面板相接觸；下組成片的頂部加工有與第一豎直插縫相配合的第二豎直插縫，下組成片的底部加工有兩個第二連接槽口，兩個第二連接槽口對稱排列于第二豎直插縫的兩側，每個第二連接槽口處對應連接有一個第二帶狹槽圓柱管體，每個第二帶狹槽圓柱管體的下端面與下面板相接觸。

一種中空金字塔型點陣夾芯板，進一步優(yōu)選方案為：上組成片通過第一豎直插縫與下組成片的第二豎直插縫嵌鎖連接。

一種中空金字塔型點陣夾芯板，進一步優(yōu)選方案為：第一帶狹槽圓柱管體的結構和第二帶狹槽圓柱管體的結構相同，每個第一帶狹槽圓柱管體的頂部與第一連接槽口嵌鎖連接，每個第一帶狹槽圓柱管體傾斜設置在上面板和下面板之間；每個第二帶狹槽圓柱管體的頂部與第二連接槽口嵌鎖連接，每個第二帶狹槽圓柱管體傾斜設置在上面板和下面板之間。

一種中空金字塔型點陣夾芯板的嵌鎖制備方法，它是按照以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：制作上面板和下面板：將原始板料按規(guī)定的尺寸分別裁剪出上面板和下面板，在上面板上通過激光切割加工有多個x形通槽；

步驟二：拼裝x形連接片：將預先加工完畢的多個上組成片和多個下組成片分別進行狹槽嵌鎖，每個上組成片與其對應的下組成片相嵌鎖形成一個x形連接片；

步驟三：拼接中空芯桿：首先將步驟一中加工完畢的帶有多個x形通槽的上面板水平設置，然后將步驟二中拼裝完畢的多個x形連接片的內置段逐一插入上面板的多個x形通槽中，使每個x形連接片中的兩個第一連接豁口和兩個第二連接豁口均朝上設置，將每個第一帶狹槽圓柱管體帶有卡槽的一端與其對應的第一連接豁口相卡接，將每個第二帶狹槽圓柱管體與其對應的第二連接豁口相卡接，從而形成多個單胞；

步驟四：焊接工作：將下面板扣合在多個單胞的底部，確保每個第一帶狹槽圓柱管體和每個第二帶狹槽圓柱管體均與下面板相貼緊，對上述整個裝配結構的連接部位進行一次焊接。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明中的中空金字塔型點陣夾芯板結構設計簡單且布置合理，通過樣品試驗得到，本發(fā)明的結構兼具優(yōu)異的抗面外壓縮強度和抗橫向剪切強度，并且強于現(xiàn)有的具有相近密度的其他多孔金屬。

2、本發(fā)明中的中空金字塔型點陣夾芯板結構優(yōu)于其它相競爭的多孔金屬結構，并且具有優(yōu)良的比吸能特性。

3、本發(fā)明中的中空金字塔型點陣夾芯板結構中的x形連接片能夠在桿件中空強化的基礎上進一步增強整體芯子的強度與吸能能力。

4、本發(fā)明中的中空金字塔型點陣夾芯板結構的面芯連接強度高，有效避免面芯脫焊失效的問題發(fā)生，增強使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。

5、本發(fā)明中的制備方法使得中空金字塔型點陣夾芯板結構具有極強的可設計性，上面板和下面板可根據(jù)結構服役工況進行結構優(yōu)化，靈活性強。在保持面板質量不變的前提下，將單一的實心面板設計成加筋面板，能夠有效提升面板的承載能力。

6、本發(fā)明中的制備方法只包括一次焊接流程，有效簡化了制備步驟以及焊接的大量工作量，節(jié)省人力和時間。

7、本發(fā)明中的制備方法裝配流程簡單，有效地解除了配合公差積累過大無法裝配的問題，適于制備多胞元、大尺寸中空點陣桁架夾芯結構，適用于船舶及其他需要大面積夾芯板的領域中。本發(fā)明適用范圍廣泛且適于推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝配過程示意圖；

圖2是本發(fā)明的主視結構示意圖；

圖3是圖2中a-a處的剖面結構示意圖；

圖4是上面板1的立體結構示意圖；

圖5是下面板2的立體結構示意圖；

圖6是本發(fā)明的立體結構示意圖；

圖7是單胞3的立體結構示意圖；

圖8是第一圓柱管體7的立體結構示意圖；

圖9是x形連接片4的立體結構示意圖；

圖10是x形連接片4的裝配過程示意圖；

圖11是上組成片5的主視結構示意圖；

圖12是上組成片5的立體結構示意圖；

圖13是下組成片6的主視結構示意圖；

圖14是下組成片6的立體結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1至圖14說明本實施方式，本實施方式包括上面板1、下面板2和芯子，所述上面板1和下面板2從上至下依次水平并列設置，所述芯子設置在上面板1和下面板2之間，其特征在于：所述芯子包括多個單胞3，每個單胞3包括x形連接片4的外露段4-1、兩個第一帶狹槽圓柱管體7和兩個第二帶狹槽圓柱管體8，兩個第一帶狹槽圓柱管體7和兩個第二帶狹槽圓柱管體8交替設置在x形連接片4的下方，每個第一帶狹槽圓柱管體7的上端與x形連接片4的外露段4-1相嵌鎖且該個第一帶狹槽圓柱管體7的上端與上面板1相貼緊，每個第二帶狹槽圓柱管體8的上端與x形連接片4的外露段4-1相嵌鎖且該個第二帶狹槽圓柱管體8的上端與上面板1相貼緊；

x形連接片4包括上組成片5和下組成片6，上組成片5的底部加工有一個第一豎直插縫5-1和兩個第一連接槽口5-2，兩個第一連接槽口5-2對稱排列于第一豎直插縫5-1的兩側，每個第一連接槽口5-2處對應連接有一個第一帶狹槽圓柱管體7，每個第一帶狹槽圓柱管體7的下端面與下面板2相接觸；下組成片6的頂部加工有與第一豎直插縫5-1相配合的第二豎直插縫6-1，下組成片6的底部加工有兩個第二連接槽口6-2，兩個第二連接槽口6-2對稱排列于第二豎直插縫6-1的兩側，每個第二連接槽口6-2處對應連接有一個第二帶狹槽圓柱管體8，每個第二帶狹槽圓柱管體8的下端面與下面板2相接觸。

本發(fā)明中每個第一帶狹槽圓柱管體7的上、下端面分別與上面板1和下面板2通過激光焊接、真空釬焊或擴散焊接方式相連接。同理于第二帶狹槽圓柱管體8的上、下端面與上面板1和下面板2的連接方式。

本發(fā)明中x形連接片4包括外露段4-1和面板段4-2兩部分，外露段4-1和面板段4-2固定連接制為一體，外露段4-1指的是x形連接片4中外露在上面板1和下面板2之間的部分，面板段4-2指的是x形連接片4插入上面板1層內部，并與上面板1連為一體的部分。上面板1與x形連接片4面板段4-2經連接工藝形成與下面板2相同的實心面板。

具體實施方式二：結合圖9至圖14說明本實施方式，本實施方式中上組成片5通過第一豎直插縫5-1與下組成片6的第二豎直插縫6-1嵌鎖連接。其它未提及的結構及連接關系與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖9至圖14說明本實施方式，本實施方式中第一帶狹槽圓柱管體7的結構和第二帶狹槽圓柱管體8的結構相同，每個第一帶狹槽圓柱管體7的頂部與第一連接槽口5-2嵌鎖連接，每個第一帶狹槽圓柱管體7傾斜設置在上面板1和下面板2之間；每個第二帶狹槽圓柱管體8的頂部與第二連接槽口6-2嵌鎖連接，每個第二帶狹槽圓柱管體8傾斜設置在上面板1和下面板2之間。

本實施方式中第一帶狹槽圓柱管體7的結構和第二帶狹槽圓柱管體8的傾斜角度可根據(jù)靜強度或吸能的需求，通過理論計算或者有限元模擬優(yōu)化該角度，使芯子獲得更優(yōu)的綜合力學性能。其它未提及的結構及連接關系與具體實施方式二相同。

具體實施方式四：結合圖1、圖2、圖3、圖6、圖7和圖8說明本實施方式，本實施方式中每個第一帶狹槽圓柱管體7的上端加工有兩個卡槽7-1，兩個卡槽7-1處于同一直線上，兩個卡槽7-1分別與第一連接豁口5-2嵌鎖連接。

本實施方式中第一帶狹槽圓柱管體7與上組成片5之間相卡接的連接方式，有效地縮短了第一帶狹槽圓柱管體7的有效長度，更加有利于增強整體芯子的強度與吸能能力。同理于第二帶狹槽圓柱管體8與下組成片6之間的連接方式。其它未提及的結構及連接關系與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：結合圖2和圖6說明本實施方式，本實施方式中第一帶狹槽圓柱管體7與下面板2之間的夾角的取值范圍為1°至90°。其它未提及的結構及連接關系與具體實施方式三或四相同。

具體實施方式六：結合圖1、圖4和圖6說明本實施方式，本實施方式中上面板1上加工有與x形連接片4的內置段4-2一一對應的x形通槽9，每個x形連接片4的內置段4-2依次插入x形通槽9中，每個x形連接片4的內置段4-2設置在上面板1的內部空隙中。

本實施方式中每個x形連接片4的內置段4-2完全填充在上面板1的內部空隙中。

本實施方式中x形通槽9的設計是為了與x形連接片4的面板段4-2部分相配合。其它未提及的結構及連接關系與具體實施方式五相同。

具體實施方式七：結合圖1至圖14說明本實施方式，本實施方式是按照以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：制作上面板1和下面板2：將原始板料按規(guī)定的尺寸分別裁剪出上面板1和下面板2，在上面板1上通過激光切割加工有多個x形通槽9；

步驟二：拼裝x形連接片4：將預先加工完畢的多個上組成片5和多個下組成片6分別進行狹槽嵌鎖，每個上組成片5與其對應的下組成片6相嵌鎖形成一個x形連接片4；

步驟三：拼接中空芯桿：首先將步驟一中加工完畢的帶有多個x形通槽9的上面板1水平設置，然后將步驟二中拼裝完畢的多個x形連接片4的面板段4-2逐一插入上面板1的多個x形通槽9中，使每個x形連接片4中的兩個第一連接豁口5-2和兩個第二連接豁口6-2均朝上設置，將每個第一帶狹槽圓柱管體7帶有卡槽7-1的一端與其對應的第一連接豁口5-2相卡接，將每個第二帶狹槽圓柱管體8與其對應的第二連接豁口6-2相卡接，從而形成多個單胞3；

步驟四：焊接工作：將下面板2扣合在多個單胞3的底部，確保每個第一帶狹槽圓柱管體7和每個第二帶狹槽圓柱管體8均與下面板2相貼緊，對上述整個裝配結構的連接部位進行一次焊接。

本發(fā)明中的制備方法步驟簡化且操作簡單，利用上面板1、芯子和下面板2之間位置順序倒置的方式進行裝配，有效降低制備過程中的操作難度，節(jié)省了大量的焊接工作量。