(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210673559.5 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 林开杰　许磊　章子怡　韩冰　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/10(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种仿生海螺壳抗冲击承载结构及其成形 方法 (57)摘要 本发明公开了一种仿生海螺壳抗冲击承载 结构， 包括主体结构和加强结构， 所述主体结构 为网壳状球面结构， 该网壳状球面结构由外圆周 杆及表面的多组平行弧杆交叉形成， 所述加强结 构为由主体结构球面一点向外圆周杆螺旋延伸 的螺旋线结构； 还公开了该仿生海螺壳抗冲击承 载结构的成形方法。 本发明根据仿生学原理， 基 于海螺壳螺旋宏观特征设计成一种新型的仿生 抗冲击承 载结构， 由于螺旋线结构的特殊分布和 排列， 当结构与气流发生相互作用时， 受到冲击 载荷的作用， 在螺旋线的作用下， 冲击载荷的传 递方式和位置发生改变， 有效的缓解了应力集 中， 合理分布了冲击过程中产生的能量， 提高了 结构的抗冲击性能， 同时还实现了结构的轻量 化， 降低了制造和使用成本 。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 114969983 A 2022.08.30 CN 114969983 A 1.一种仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 包括主体结构(1)和加强结构(2)， 所 述主体结构(1)为网壳状球面结构， 该网壳状球面结构由外圆周杆(101)及表 面的多组平行 弧杆(102)交叉形成， 所述加强结构(2)为由主体结构(1)球面一点向外圆周杆(101)螺旋延 伸的螺旋线结构。 2.根据权利要求1所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 所述主体结构(1) 球面由三组平行弧杆(102)交叉形成， 位于不同组的任意三根弧杆(102)交于一点 或者交叉 形成弧面 正三角形。 3.根据权利要求2所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 所述主体结构(1) 的球面中心处存在一弧杆交点。 4.根据权利要求1所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 所述主体结构(1) 的高度跨度比为1:5， 所述外圆周杆(101)、 弧杆(102)及螺 旋线的直径相同。 5.根据权利要求3所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 所述加强结构(2) 为由球面中心向圆周延伸的斐波那契螺 旋线。 6.根据权利要求3所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 所述加强结构(2) 为由球面中心向圆周延伸的阿基 米德螺旋线， 螺距为6m m， 起始角度为270 °。 7.根据权利要求3所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 其特征在于： 所述加强结构(2) 为由球面中心向圆周延伸的渐开线， 该渐开线的基圆半径为1mm， 参数方程为Xt＝2*(cos (t)+t*si n(t))， Yt＝2*(sin(t)‑t*cos(t))， 0﹤ t﹤ 4 π。 8.权利要求1 ‑7任一项所述的仿生海螺 壳抗冲击承载结构的成形方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： S1、 模型设计及处理： 构 建结构的三维实体几何模型， 并通过3D打印模型处理软件对结 构进行分层切片处 理； S2、 SLM加工准备： 在选区激光熔化设备中放成形AlSi10Mg基板， 并在粉料缸中导入 AlSi10Mg球形粉末， 关闭腔体， 向腔体中通入保护气体， 同时开启除气系统， 直到腔体中的 氧含量降为0； S3、 建立加工任务： 设定铺粉厚度与S1中切片层厚一致， 设定激光成形的最优参数， 加 工之前对基板进行 预热； S4、 选区激光熔化成形： 准备工作完毕之后， 开始成形加工， 加工过程中采用的激光扫 描策略为分区岛状扫描策略， 系统将二维平面划分成多个岛状的小区域， 一个区域成形完 成后开始成形下一个岛状区域， 直到整个二维平面成形完毕； 成形缸向下移动至模型 的下 一分层， 同时粉料缸向上移动同等距离， 刮刀将粉末从粉料缸铺到成形缸， 开始成形下一 层， 直至整个实体构件被加工 完毕为止 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114969983 A 2一种仿生海螺壳抗冲击承 载结构及其 成形方法 技术领域 [0001]本发明涉及仿生结构工程技术领域， 尤其是涉及 一种仿生海螺壳抗冲击承载结构 及其成形 方法。 背景技术 [0002]近年来， 随着航空航天领域的快速发展， 高超飞行器和探测器已然成为航空航天 领域的重要组成部分， 然而探测器在着陆过程中要遭受严重的冲击力， 因此探测器都要配 一个着陆器以减少着陆过程中受到的冲击力。 着陆器是使探测器在遭受外在载荷的冲击下 依然能够保持稳定的结构， 可以有效地提高探测器的安全性和稳定性。 因此， 如何有效设计 出具有优异抗冲击性能的结构是解决问题的关键， 与此同时， 结构在满足抗冲击性能的同 时， 还要不断地朝轻量化的趋势发展。 在各种材料的结构中， 金属结构不仅可以提高结构的 承载能力， 还可以实现轻量 化， 减轻结构自身的重量。 发明内容 [0003]发明目的： 为了克服背景技术的不足， 本发明第一目的是公开一种仿生海螺壳抗 冲击承载 结构； 第二目的是公开上述仿生海螺壳抗冲击承载 结构的成形 方法。 [0004]技术方案： 本 发明所述的仿生海螺壳抗冲击承载结构， 包括主体结构和加强结构， 所述主体结构为网壳状球面结构， 该网壳状球面结构由外圆周杆及表面的多组平行弧杆 交 叉形成， 所述加强结构为由主体结构球面 一点向外圆周杆螺 旋延伸的螺 旋线结构。 [0005]进一步的， 所述主体结构球面由三组平行弧杆交叉形成， 位于不 同组的任意三根 弧杆交于一 点或者交叉 形成弧面 正三角形。 [0006]进一步的， 所述主体结构的球面中心处存在一弧杆交点。 [0007]进一步的， 所述主体结构的高度跨度比为1:5， 所述外圆周杆、 弧杆及螺旋线的直 径相同。 [0008]进一步的， 所述加强结构为由球面中心向圆周延伸的斐波那契螺 旋线。 [0009]进一步的， 所述加强结构为由球面中心向圆周延伸的阿基米德螺旋线， 螺距为 6mm， 起始角度为270 °。 [0010]进一步的， 所述加强结构为由球面中心 向圆周延伸的渐开线， 该渐开线的基圆半 径为1mm， 参数方程为Xt＝2*(cos(t)+t*si n(t))， Yt＝2*(sin(t)‑t*cos(t))， 0﹤ t﹤ 4 π。 [0011]上述仿生海螺壳抗冲击承载 结构的成形 方法， 包括以下步骤： [0012]S1、 模型设计及处理： 构建结构的三维实体几何模型， 并通过3D打印模型处理软件 对结构进行分层切片处 理； [0013]S2、 SLM加工准备： 在选区激光熔化设备中放成形AlSi10Mg基板， 并在粉料缸中导 入AlSi10Mg球形粉末， 关闭腔体， 向腔体中通入保护气体， 同时开启除气系统， 直到腔体中 的氧含量降为0； [0014]S3、 建立加工任务： 设定铺粉厚度与S1中切片层厚一致， 设定激光成形的最优参说　明　书 1/4 页 3 CN 114969983 A 3