新型复合三明治防爆结构及其制备方法
阅读说明：本技术 新型复合三明治防爆结构及其制备方法 (Novel composite sandwich explosion-proof structure and preparation method thereof ) 是由 赵振宇 卢天健 周贻来 任建伟 陈韦杰 张杜江 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种新型复合三明治防爆结构及其制备方法,特别是一种金属-粘弹性材料叠层板和具有多功能特性的二维点阵芯体复合结构材料。所述的新型复合三明治防爆结构由金属-粘弹性材料叠层前面板、点阵芯体和金属后面板组成。本发明用金属-粘弹性材料叠层板替代传统三明治夹芯结构的前面板(迎爆面),且芯体采用具有多功能特性的二维点阵芯体结构,该结构在比强度、比刚度等性能方面较I型结构提高20%以上,且具有优异的吸能特性。该结构可以应用于航天航空、船舶、汽车、机械及土木工程领域,尤其在防爆结构中具有广阔的应用前景。(The invention provides a novel composite sandwich explosion-proof structure and a preparation method thereof, in particular to a metal-viscoelastic material laminated plate and a two-dimensional lattice core composite structure material with multifunctional characteristics. The novel composite sandwich explosion-proof structure consists of a metal-viscoelastic material laminated front panel, a dot matrix core and a metal rear panel. The invention uses the metal-viscoelastic material laminated plate to replace the front panel (explosion-facing surface) of the traditional sandwich structure, and the core adopts a two-dimensional lattice core structure with multifunctional characteristics, and the structure has the advantages of improving the performance such as specific strength, specific rigidity and the like by more than 20 percent compared with the I-shaped structure and having excellent energy absorption characteristic. The structure can be applied to the fields of aerospace, ships, automobiles, machinery and civil engineering, and particularly has wide application prospect in an explosion-proof structure.)
技术领域
本发明涉及防护技术领域，具体是一种新型复合三明治防爆结构及其制备方法。
背景技术
国内外目前均极为关注针对各种类型车辆装甲防护的研究。为提升战场环境下乘员的生存机率和车辆的使用效率，研究人员在车体上采用新材料或新结构，以此提升爆轰加载部位处的防护性能。目前研究较多的防护结构主要分为均质实心结构、三明治夹芯结构和叠层结构等类型。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种新型复合三明治防爆结构及其制备方法，由于粘弹性材料兼具二者特性,故在力的往复作用下既可以储存能量又可以耗散能量。因此加入粘弹性材料后，该结构不仅能够降低爆炸产生的应力波峰值，还能够减少传递到车体的总冲量，从而减小爆炸对车辆结构及乘员的伤害。
本发明提供了一种新型复合三明治防爆结构，包括采用连接技术依次相连的叠层叠层前面板、点阵芯体和金属后面板，所述的叠层前面板包括若干金属前面板，金属前面板上喷涂或涂覆有粘弹性材料，形成金属前面板与粘弹性材料交替分布的叠层结构。
进一步改进，所述的金属前面板与金属后面板采用的板材材质包括碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金、镁合金、钛合金、复合材料。
进一步改进，所述的粘弹性材料包括高阻尼橡胶、聚脲。
进一步改进，所述的叠层前面板包括七层结构，其中金属前面板四层，粘弹性材料三层。
进一步改进，所述的点阵芯体为蜂窝芯体、波纹芯体、金字塔芯体。
进一步改进，所述的连接技术为钎焊、激光焊或环氧胶胶接技术。
本发明还提供了一种新型复合三明治防爆结的制备方法，包括以下步骤：
1）将平整过的金属板材采用激光切割机或者线切割机切割成金属前面板和金属后面板；
2）将金属前面板、金属后面板采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后，放入烘干机内烘干备用；
3）在切割好的金属前面板上喷涂或涂覆特定厚度的粘弹性材料，并使金属前面板与粘弹性材料交替叠层，形成一整块金属-粘弹性材料的叠层前面板；
4）组装点阵芯体，将组装好的点阵芯体用工装固定好，采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后，放入烘干机内烘干备用；
5）采用连接技术将点阵芯体与叠层前面板、金属后面板连接制成新型复合三明治防爆结构。
本发明有益效果在于：
1、本发明将三明治夹芯结构迎爆面面板（前面板）替换为金属叠层板，综合利用三明治夹芯结构和叠层结构的防爆特性。同时在金属叠层板间填入粘弹性材料。粘弹性材料是一种高分子聚合物，在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时存在，既有弹性固体性质，又表现出粘性流体特性，是一种专门用作阻尼层的材料。由于粘弹性材料兼具二者特性,故在力的往复作用下既可以储存能量又可以耗散能量。因此加入粘弹性材料后，该结构不仅能够降低爆炸产生的应力波峰值，还能够减少传递到车体的总冲量，从而减小爆炸对车辆结构及乘员的伤害，大大提升了安全性能。
2、密度小，重量轻，可减少车辆自重，还具有易于生产、成本低廉的优点。
3、超轻点阵复合结构具有可设计性，针对不同的战术车辆、使用环境，可选择不同的点阵复合结构形式。
附图说明
图1是正方蜂窝点阵芯体结构示意图；
图2是正方蜂窝点阵芯体新型复合三明治防爆结构组装结构示意图；
图3是正方蜂窝点阵芯体新型复合三明治防爆结构剖视图；
图4是三角形波纹点阵芯体结构示意图；
图5是三角形波纹点阵芯体新型复合三明治防爆结构组装结构示意图；
图6是梯形波纹点阵芯体结构示意图；
图7是梯形波纹点阵芯体新型复合三明治防爆结构组装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种新型复合三明治防爆结构，结构如图3所示，包括采用连接技术依次相连的叠层叠层前面板1、点阵芯体2和金属后面板3，所述的叠层前面板包括若干金属前面板，金属前面板上喷涂或涂覆有粘弹性材料，形成金属前面板与粘弹性材料交替分布的叠层结构。
进一步改进，所述的金属前面板与金属后面板采用的板材材质包括碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金、镁合金、钛合金、复合材料。
进一步改进，所述的粘弹性材料包括高阻尼橡胶、聚脲。
进一步改进，所述的叠层前面板包括七层结构，其中金属前面板四层，粘弹性材料三层。
进一步改进，所述的点阵芯体为蜂窝芯体、波纹芯体、金字塔芯体。
进一步改进，所述的连接技术为钎焊、激光焊或环氧胶胶接技术。
本发明的具体安装方法采用以下实施例进行说明。
新型复合三明治防爆结构实施例1：
1）将平整过的1060纯铝板采用线切割技术切割成板条；
2）采用线切割技术在板条一侧开矩形槽，槽宽为板条厚度，槽高为板条高度的一半，槽间距为20倍板厚；
3）将平整过的1060纯铝板采用线切割技术切割成等厚度的金属前面板和金属后面板；
4）将金属前面板、金属后面板及波纹板条采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹，放入40~50℃的烘箱内烘干备用；
5）在切割好的金属前面板上喷涂两倍铝板厚度的聚脲，并使金属前面板与粘弹性材料交替叠层，形成一整块叠层前面板；
5）按照板条上矩形槽的相应位置，将板条相互平行地组装形成正方蜂窝芯体，采用激光焊在板条交叉处进行焊接，成型后如图1所示；
6）在正方蜂窝芯体与前后面板连接位置处均匀涂覆市售的铝钎焊膏，在烘箱中40~50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，焊接完成后缓冷至室温出炉得到蜂窝芯体夹层板，如图2和3所示。
所述钎焊：真空度控制在10-3Pa，以1℃/min速度自室温升至550~620℃保温10min~1h，然后随炉冷却。
新型复合三明治防爆结构实施例2：
1）将平整过的1060纯铝板采用滚压技术制成三角形的波纹板；
2）采用线切割技术将波纹板按要求切割成波纹板条；
3）将平整过的1060纯铝板采用线切割技术切割成等厚度的金属前面板和金属后面板；
4）将金属前面板、金属后面板及波纹板条采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹，放入40~50℃的烘箱内烘干备用；
5）在切割好的金属前面板上涂覆高阻尼橡胶，并使金属前面板与粘弹性材料交替叠层，形成一整块叠层前面板；
5）将波纹板条按20倍腹板厚度的间距和0°相位差相互平行地组装形成波纹通道芯体，如图4所示，并用工装固定备用；
6）在波纹通道芯体与前后面板连接位置处均匀涂覆市售的铝钎焊膏，在烘箱中40~50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，焊接完成后缓冷至室温出炉得到波纹通道芯体夹层板，如图5所示。
所述钎焊：真空度控制在10-3Pa，以1℃/min速度自室温升至550~620℃保温10min~1h，然后随炉冷却。
新型复合三明治防爆结构实施例3：
1）将平整过的不锈钢板采用冲压技术制成梯形的波纹板；
2）采用线切割技术将波纹板按要求切割成波纹板条；
3）将平整过的不锈钢板采用线切割技术切割成等厚度的金属前面板和金属后面板；
4）将金属前面板、金属后面板及波纹板条采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹，放入40~50℃的烘箱内烘干备用；
5）在切割好的金属前面板上喷涂聚脲，并使金属前面板与粘弹性材料交替叠层，形成一整块叠层前面板；
6）将波纹板条按50倍腹板厚度的间距和0°相位差相互平行地组装形成波纹通道芯体，如图6所示，并用工装固定备用。
6）将处理好的后面板盖在波纹通道芯体上方，调整位置后，通过试焊确定激光器位置和高度，根据波纹形状编制激光器行走程序，根据面板和芯体厚度确定激光功率和焊接速度。焊接过程中焊接芯体板的顺序是从中间交替向两边焊接。整面焊接完成后，将面板上下翻转固定后，将叠层前面板盖在芯体板上，重复以上操作，完成叠层前面板和芯体的焊接，最终得到波纹通道芯体夹层板，如图7所示。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
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