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CN111469500A - 一种板体结构及其加工和应用方法 - Google Patents

一种板体结构及其加工和应用方法 Download PDF

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CN111469500A CN202010301793.6A CN202010301793A CN111469500A CN 111469500 A CN111469500 A CN 111469500A CN 202010301793 A CN202010301793 A CN 202010301793A CN 111469500 A CN111469500 A CN 111469500A
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谈源
钱亚刚
汤娟
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Changzhou Xinchuang Intelligent Technology Co Ltd
Original Assignee
Changzhou Xinchuang Intelligent Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及复合材料结构技术领域，特别涉及一种板体结构，包括主体以及与主体连接的金属结构；主体为复合材料结构，且包括上蒙皮、下蒙皮以及设置于二者之间的支撑结构，金属结构至少局部位于上蒙皮和下蒙皮之间，并与上蒙皮和下蒙皮固定连接。本发明中，通过将主体设置为复合材料结构，可有效降低板体结构的重量，且通过合理的选择复合材料的类型，可有效的保证主体的结构强度，金属结构将主体与板体结构的使用位置进行连接，通过本发明中的板体结构，可确保使用过程中的结构强度和使用寿命，同时通过复合材料和金属材料的稳定性连接，既满足了安装需求，也达到了减重的目的。本发明中还请求保护板体结构的加工和应用方法，具有同样的技术效果。

Description

一种板体结构及其加工和应用方法
技术领域
本发明涉及复合材料结构技术领域，特别涉及一种板体结构及其加工和应用方法。
背景技术
高性能纤维增强复合材料与传统轻量化材料相比，具有密度小、强度高、模量高等优点，是适合用作结构件的轻量化、环保材料。
目前，用于轨道交通设备和汽车结构上的板体结构均采用金属材质，此种结构形式使得板体在保证足够强度的前提下难以实现减重的目的，无形中为轨道交通和汽车轻量化的发展带来了阻碍。
鉴于上述情况，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种板体结构及其加工和应用方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明提供了一种板体结构，从而有效解决背景技术中的问题。同时本发明中还请求保护板体结构的加工和应用方法，具有同样的技术效果。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种板体结构，包括主体以及与所述主体连接的金属结构；
所述主体为复合材料结构，且包括上蒙皮、下蒙皮以及设置于二者之间的支撑结构，所述金属结构至少局部位于所述上蒙皮和下蒙皮之间，并与所述上蒙皮和下蒙皮固定连接。
进一步地，所述上蒙皮和下蒙皮之间至少局部位置设置有填充结构，所述填充结构用于对所述金属结构的安装位置进行加强。
进一步地，所述上蒙皮、下蒙皮和支撑结构为一体成型结构。
进一步地，所述支撑结构包括平行设置的至少三块平行板体,且其中两块所述板体为封边结构。
进一步地，所述上蒙皮、下蒙皮和支撑结构为分体组合结构。
进一步地，所述支撑结构由一种类型的单元结构构成。
进一步地，所述单元结构为多边形棱柱体。
进一步地，所述多边形棱柱体为空心结构。
进一步地，所述多边形棱柱体的轴线与所述板体结构的幅面方向平行设置，且至少具有平行的两侧壁，两所述侧壁分别与所述上蒙皮和下蒙皮贴合设置。
进一步地，所述多边形棱柱体的轴线与所述板体结构的厚度方向平行设置。
进一步地，所述多边形棱柱体通过棱边或者侧壁贴合而形成蜂窝状结构。
进一步地，所述单元结构为波纹板结构。
进一步地，所述波纹板结构的波峰与上蒙皮贴合，所述波纹板结构的波谷与所述下蒙皮贴合。
进一步地，相邻两所述波纹板结构之间波峰与波谷对应贴合连接，形成蜂窝状结构，所述蜂窝状结构的两侧敞口端分别由所述上蒙皮和下蒙皮覆盖。
进一步地，所述单元结构包括板体，以及相对于所述板体表面突出的齿状结构，一个所述单元结构中的所述齿状结构与另一所述单元结构中的所述板体贴合而形成蜂窝结构，所述蜂窝状结构的两侧敞口端分别由所述上蒙皮和下蒙皮覆盖。
进一步地，所述支撑结构由至少两种类型的单元结构构成。
进一步地，所述填充结构为复合材料结构。
进一步地，所述上蒙皮、下蒙皮和支撑结构通过胶膜共固化工艺成型。
进一步地，用于轨道交通设备和汽车结构中。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，通过将主体设置为复合材料结构，可有效降低板体结构的重量，且通过合理的选择复合材料的类型，可有效的保证主体的结构强度，金属结构将主体与板体结构的使用位置进行连接，通过本发明中的板体结构，可确保使用过程中的结构强度和使用寿命，同时通过复合材料和金属材料的稳定性连接，既满足了安装需求，也达到了减重的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一中主体的结构示意图；
图2为实施例一中板体结构省略上蒙皮后的结构示意图；
图3为图2中A处的局部放大图；
图4为图3中B处的局部放大图；
图5为实施例二中主体的分体结构示意图；
图6为实施例二中多种均匀壁厚的多边形棱柱体的对比示意图；
图7为实施例二中多种等轮廓空心部分的多边形棱柱体的对比示意图；
图8a为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心矩形，且通过棱边贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图8b为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心正方形，且通过棱边贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图8c为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心菱形，且通过棱边贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图8d为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心三角形，且通过棱边贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图8e为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心六边形，且通过棱边贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图9a为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心矩形，且通过侧壁完全贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图9b为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心正方形，且通过侧壁完全贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图9c为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心菱形，且通过侧壁完全贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图9d为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心三角形，且通过侧壁完全贴合而获得蜂窝状结构的示意图；
图10为实施例三中多边形棱柱体结构截面为空心正方形，且通过侧壁部分贴合的示意图；
图11a为实施例四中的波纹板结构中波峰和波谷的连接部分与波峰和波谷的平面倾斜相交的示意图；
图11b为实施例四中的波纹板结构中波峰和波谷的连接部分与波峰和波谷的平面垂直相交的示意图；
图11c为实施例四中的波纹板结构中波峰和波谷的连接部分为曲面结构的示意图；
图12a为图11a中波纹板结构的波峰和波谷与蒙皮贴合的使用方式示意图；
图12b为图11b中波纹板结构的波峰和波谷与蒙皮贴合的使用方式示意图；
图12c为图11c中波纹板结构的波峰和波谷与蒙皮贴合的使用方式示意图；
图13a为11a中波纹板结构组成蜂窝状结构的示意图；
图13b为11b中波纹板结构组成蜂窝状结构的示意图；
图13c为11c中波纹板结构组成蜂窝状结构的示意图；
图14为波纹板结构划分为拱形结构单元的使用示意图；
图15a为实施例五中单元结构的齿状结构设置于板体的一侧的示意图；
图15b和15c为图15a中单元结构的齿状结构朝向一侧设置，通过齿状结构与另一板体的贴合而形成蜂窝结构的示意图；
图15d和15e为两单元结构的齿状结构相对设置，并使得齿状结构与另一板体贴合从而形成一个组合体，多个组合体贴合后形成蜂窝结构的示意图；
图16a为实施例五中单元结构的齿状结构设置于板体的两侧侧的示意图；
图16b为图16a中一个结构单元的板体一侧齿状结构插入另一单元结构两齿状结构之间，并与另一板体贴合形成蜂窝结构的示意图；
图17为实施例六中支撑结构由两种类型的单元结构构成的示意图；
附图标记：主体1、上蒙皮11、下蒙皮12、支撑结构13、板体13a、金属结构2、插销结构21、金属安装块22、填充结构3、封板结构4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例采用递进的方式撰写。
实施例一
如图1和2所示，一种板体结构，包括主体1以及与主体1连接的金属结构2；主体1为复合材料结构，且包括上蒙皮11、下蒙皮12以及设置于二者之间的支撑结构13，金属结构2至少局部位于上蒙皮11和下蒙皮12之间，并与上蒙皮11和下蒙皮12固定连接。
本发明中，通过将主体1设置为复合材料结构，可有效降低板体结构的重量，且通过合理的选择复合材料的类型，可有效的保证主体1的结构强度，金属结构2用于将主体1与板体结构的使用位置进行连接，当然需要在使用位置设置与金属结构2相匹配的连接结构，此种连接结构根据板体结构的具体应用场景和金属结构2的类型进行适应性选择即可。通过本发明中的板体结构，可确保使用过程中的结构强度和使用寿命，同时通过复合材料和金属材料的稳定性连接，既满足了安装需求，也达到了减重的目的。
在本实施例中，上蒙皮11、下蒙皮12和支撑结构13为一体成型结构，此种结构在本实施例中通过拉挤的方式成型获得，通过拉挤获得等截面。为了提高板体结构的强度，支撑结构13包括平行设置的至少三块平行板体13a,且其中两块最外侧的板体13a为封边结构。
金属结构2设置于所需要的位置，可大致的将其安装位置分为板体结构的边缘位置，以及相对于边缘位置的中部位置。当金属结构2设置于板体结构的边缘位置时，金属结构2可局部超出板体结构边缘，以图3中的插销结构21为例，但需保证用于对插销结构21进行固定的金属安装块22至少局部位于两板体13a之间，从而确保此位置的金属结构2的连接牢固性；为了保证上蒙皮11、下蒙皮12以及相邻两板体13a之间形成的腔体的密封性，优选通过金属安装块22直接对腔体的边缘开口端进行密封，而未设置金属安装块22的部分也需要通过封板结构4进行封堵。
为了保证部分金属结构2的安装稳定性，上蒙皮11和下蒙皮12之间至少局部位置设置有填充结构3，如图4所示，金属结构2安装位置处无法与板体13a贴合而容易发生窜动，且安装位置处仅借助上蒙皮11和下蒙皮12进行固定，容易发生晃动，填充结构3填充于此处用于对金属结构2的安装位置进行加强。在上述结构中，通过填充结构3的设置，可使得主体1和金属结构2进行稳定的连接，主体1由上蒙皮11、下蒙皮12和支撑结构13组成，其中存在空腔结构，通过局部加强结构3对此空腔结构进行加强，可保证金属结构2安装的稳定性。
采用拉挤结构作为主体1使得成型工序少，可提高产品的加工速度，但是需要针对单一规格的产品使用不同规格的模具尺寸。
实施例二
本实施例中与实施例一不同的是，上蒙皮11、下蒙皮12和支撑结构13为分体组合结构，通过此种分体的结构形式，旨在使得各部分获得独立的加工过程，从而降低对模具的加工要求。
其中，本实施例中，为了进一步的将分体结构进行细致优化，支撑结构13由一种类型的单元结构构成。通过单元结构的设置，可便于结构尺寸的变化，具体的，当使用更多数量的单元结构，而使得单元结构获得更大的分布面积时，可配合更大面积的上蒙皮11和下蒙皮12而获得尺寸更大的板体结构。
本实施例中，单元结构为多边形棱柱体，且多边形棱柱体的轴线与板体结构的幅面方向平行设置，且至少具有平行的两侧壁，两侧壁分别与上蒙皮11和下蒙皮12贴合设置，如图5所示，通过上述方式，目的在于在上蒙皮11和下蒙皮12之间形成支撑筋体结构，此种结构形式可有效的保证两蒙皮之间的尺寸稳定性，其中，多边形棱柱体的长度方向可沿板体结构的长度方向设置，也可沿板体结构的宽度方向设置，且在设置过程中可借助多边形棱柱体作为上蒙皮11和下蒙皮12边缘的封边结构。
在具体对多边形棱柱体的截面进行选择的过程中，仅需保证具有两平行的侧壁即可满足使用的需求，在上述基础上，如图6和7所示，截面的外围轮廓为正方形、六边形、五边形或者八边形等均在本发明中的保护范围内，图中对几种结构形式进行了比对。在实施过程中，单元结构的设置密度和尺寸可根据实际情况进行选择，且为了降低重量，优选采用空心结构，如图6所示，空心部分可随外部轮廓变化，使得整个多边形棱柱体可获得均匀的壁厚，或者，如图7所示，空心部分不受外部轮廓的影响，而采用统一的结构形式，例如圆柱形空心结构。图5为实施例二中主体的结构示意图；
实施例三
本实施例中，与实施例二的区别在于单元结构的具体结构形式不同，本实施例中，单元结构为多边形棱柱体，且多边形棱柱体的轴线与板体结构的厚度方向平行设置，以上蒙皮11和下蒙皮12均为平面结构为例，轴线垂直于蒙皮设置，从而在两蒙皮之间形成支撑柱体结构，此种结构形式可有效的保证两蒙皮之间的结构稳定性。
在本实施例中，作为一种优选，多边形棱柱体通过棱边或者侧壁贴合而形成蜂窝状结构，在本发明中，提供以下两种具体的蜂窝状结构，但本发明的保护范围并不局限于以下几种结构形式：
结构形式一：
如图8a~8e所示，多边形棱柱体以棱边贴合的方式形成蜂窝状结构，在此种结构形式中，多边形棱柱体的截面外围可以为矩形、正方形、菱形、三角形或六边形等，任何通过棱边贴合可形成蜂窝状的结构均在本发明的保护范围内。此种结构形式下，各个多边形棱柱体在棱边贴合后形成的间隙可与多边形棱柱体等轮廓，如图8a~8d所示，或者各个多边形棱柱体的棱边贴合后形成的间隙为其他的结构形状，如图8e所示的六边形棱柱体结构。
结构形式二：
如图9a~9d所示，多边形棱柱体以侧壁贴合的方式形成蜂窝状结构，在此种结构形式中，多边形棱柱体的截面外围可以为矩形、正方形、菱形、三角形或六边形等，任何通过侧壁贴合可形成蜂窝状的结构均在本发明的保护范围内。此种结构形式下，使得侧壁贴合后而形成双层结构，板材强度得到进一步提升，但是却在一定程度上相对于结构形式一增加了材料的用量。其中，侧壁的贴合可以为完全贴合，也可以为图10中所示的局部侧壁贴合。
实施例四
本实施例中，与实施例二和三的区别在于单元结构的具体结构形式不同，本实施例中，单元结构为波纹板结构，波纹板结构的波峰与上蒙皮11贴合，波纹板结构的波谷与下蒙皮12贴合，如图11a~图11c和图12a~图12c所示，为了进一步的提高波峰和波谷与上下蒙皮之间的连接稳定性，优选在波峰和波谷位置处设置平面部分，通过平面部分的设置而有效增加连接面积，而对于波峰和波谷的连接部分可如图11a和12a中所示的，选择与波峰和波谷的平面倾斜相交的平面部分，或者，如图11b和12b中所示的，选择与波峰和波谷的平面垂直相交的平面部分，再或者，如图11c和12c中所示的，选择与波峰和波谷相交的曲面部分，以上各种结构形式的波纹板结构均在本发明的保护范围内。
在本实施例中，波纹板结构还存在另外一种设置形式，如图13a~13c所示，相邻两波纹板结构之间波峰与波谷对应贴合连接，形成蜂窝状结构，蜂窝状结构的两侧敞口端分别由上蒙皮11和下蒙皮12覆盖。此种结构形式中，波纹板结构同样可采用如图11a~图11c中所示的结构形式。
在本实施例中，波纹板结构可独立的成型，并根据需要进行剪裁，从而获得所需的尺寸，通用化的结构形式便于整个板体结构尺寸的扩展，从而减少模具结构的使用数量。
本实施例中，还存在一种扩展的单元结构，即，将波纹板结构划分为若干更为细致的单元，如图14所示，将波峰或者波谷断开而使得波纹板结构形成并列设置的多个拱形结构，且拱形结构两侧形成凸沿，此种方式可起到与波纹板结构近似的效果，但是可在一定程度上进一步的减少材料的用量，减少波峰或波谷的设置密度。
实施例五
本实施例中，与实施例二~四的区别在于单元结构的具体结构形式不同，本实施例中，单元结构包括板体，以及相对于板体表面突出的齿状结构，一个单元结构中的齿状结构与另一单元结构中的板体贴合而形成蜂窝结构。
本实施例中，同样存在两种具体的结构形式：
结构形式一：
如图15a所示，齿状结构设置于板体的一侧，此种结构形式下，当两个单元结构进行对应组合的过程中，可如图15b和15c所示，将齿状结构朝向一侧设置，通过齿状结构与另一板体的贴合而形成蜂窝结构，或者如图15d和15e所示，将两单元结构的齿状结构相对设置，并使得齿状结构与另一板体贴合从而形成一个组合体，多个组合体贴合后可形成蜂窝结构。
结构形式二：
如图16a和图16b所示，齿状结构设置于板体的两侧，此种结构形式下，当单元结构进行对应组合的过程中，板体一侧的齿状结构插入另一单元结构两齿状结构之间，并与另一板体贴合，从而可形成蜂窝结构。
实施例六
本实施例中与实施例二不同的是，支撑结构13由至少两种类型的单元结构构成。在具体实施的过程中，两种或者两种以上的单元结构可在上述实施例中具体选择，如图17所示，展示本实施例中的一种具体实施形式，具体的组合结构根据实际的工况来进行选择，此处不再赘述。
作为上述实施例的优选，填充结构3为复合材料结构，与上蒙皮11、下蒙皮12以及支撑结构13四者的复合材料可选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维或尼龙纤维中的任意一种。
在板体结构的成型过程中，其特征在于，上蒙皮11、下蒙皮12和支撑结构13通过胶膜共固化工艺成型。成型后的结构可用于轨道交通设备和汽车结构中。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (19)

1.一种板体结构，其特征在于，包括主体（1）以及与所述主体（1）连接的金属结构（2）；
所述主体（1）为复合材料结构，且包括上蒙皮（11）、下蒙皮（12）以及设置于二者之间的支撑结构（13），所述金属结构（2）至少局部位于所述上蒙皮（11）和下蒙皮（12）之间，并与所述上蒙皮（11）和下蒙皮（12）固定连接。
2.根据权利要求1所述的板体结构，其特征在于，所述上蒙皮（11）和下蒙皮（12）之间至少局部位置设置有填充结构（3），所述填充结构（3）用于对所述金属结构（2）的安装位置进行加强。
3.根据权利要求1或2所述的板体结构，其特征在于，所述上蒙皮（11）、下蒙皮（12）和支撑结构（13）为一体成型结构。
4.根据权利要求3所述的板体结构，其特征在于，所述支撑结构（13）包括平行设置的至少三块平行板体（13a）,且其中两块所述板体（13a）为封边结构。
5.根据权利要求1或2所述的板体结构，其特征在于，所述上蒙皮（11）、下蒙皮（12）和支撑结构（13）为分体组合结构。
6.根据权利要求5所述的板体结构，其特征在于，所述支撑结构（13）由一种类型的单元结构构成。
7.根据权利要求5所述的板体结构，其特征在于，所述单元结构为多边形棱柱体。
8.根据权利要求7所述的板体结构，其特征在于，所述多边形棱柱体为空心结构。
9.根据权利要求7所述的板体结构，其特征在于，所述多边形棱柱体的轴线与所述板体结构的幅面方向平行设置，且至少具有平行的两侧壁，两所述侧壁分别与所述上蒙皮（11）和下蒙皮（12）贴合设置。
10.根据权利要求7所述的板体结构，其特征在于，所述多边形棱柱体的轴线与所述板体结构的厚度方向平行设置。
11.根据权利要求10所述的板体结构，其特征在于，所述多边形棱柱体通过棱边或者侧壁贴合而形成蜂窝状结构。
12.根据权利要求6所述的板体结构，其特征在于，所述单元结构为波纹板结构。
13.根据权利要求12所述的板体结构，其特征在于，所述波纹板结构的波峰与上蒙皮（11）贴合，所述波纹板结构的波谷与所述下蒙皮（12）贴合。
14.根据权利要求12所述的板体结构，其特征在于，相邻两所述波纹板结构之间波峰与波谷对应贴合连接，形成蜂窝状结构，所述蜂窝状结构的两侧敞口端分别由所述上蒙皮（11）和下蒙皮（12）覆盖。
15.根据权利要求6所述的板体结构，其特征在于，所述单元结构包括板体，以及相对于所述板体表面突出的齿状结构，一个所述单元结构中的所述齿状结构与另一所述单元结构中的所述板体贴合而形成蜂窝结构，所述蜂窝状结构的两侧敞口端分别由所述上蒙皮（11）和下蒙皮（12）覆盖。
16.根据权利要求5所述的板体结构，其特征在于，所述支撑结构（13）由至少两种类型的单元结构构成。
17.根据权利要求2所述的板体结构，其特征在于，所述填充结构（3）为复合材料结构。
18.根据权利要求5所述的板体结构的成型方法，其特征在于，所述上蒙皮（11）、下蒙皮（12）和支撑结构（13）通过胶膜共固化工艺成型。
19.根据权利要求1所述的板体结构的应用方法，其特征在于，用于轨道交通设备和汽车结构中。
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