巢孔结构及其造型技术项目简介
发明人多年从事结构技术的研究 、实践。 最近，在诸多中外专家、学者帮助支持下，发明人研发成功了多角边巢孔系列结构。其中包括：可用于3毫米以下中空薄板的中空孔壁巢孔结构、用于几十毫米乃至几百毫米以上厚板的多角边巢孔结构及其数模造型技术；其结构、规格的不同，可用作板材的复合结构，亦可用作壳体的框(骨)架结构。其质轻、强度高的突出特点、原材料、制造成本大大降低的经济实用特性，必将对多行业、领域产生巨大、深远的历史影响。
巢孔结构完全区别并优于已知技术所有结构形式, 属世界首创, 已申报专利，国家专利局已受理。专利申请号： 200920240906.5
一，巢孔结构及其造型技术的基本原理和特点
很多研究表明：物质越充满孔洞越有强度！其原理为：最轻质量置有最大截面惯性矩孔洞结构材质，具备最大强度。人类科学技术创造活动中所谓结构优化设计，很大成分就是优化孔洞结构设计。大到火箭、航天飞机的壳体，小到纳米级微孔碳原子材料（其质量仅为钢铁的三十分之一，而强度却是钢铁的三百倍）。一些令人难以置信的数据、理论，越来越为有识之士接受、采用，大量孔洞结构复合材料用于航空航天等军用民用行业、领域。
巢孔结构及其数模造型技术就是根椐优化孔洞结构设计原理，对已知技术所有结构形式进行创新和改进，而发明的崭新结构形式。
二，巢孔结构及其造型技术项目在国家科技战略中的位置
复合材料的应用水平体现国家的材料科学与工程科学先进水平, 先进复合结构的发现和发明是在这一时期达到顶点的标志：20世际60年代美国人发明蜂窝结构芯层复合材料, 应用于军事高空侦查u—2飞机，其质轻、强度高明显优势，促进了全世界航空制造业飞机结构材料的科技进步；很快，蜂窝结构应用于民用包装、建材，催生出蜂窝纸板、纸箱包装等新行业------为全世界节省了大量木材。美国、欧洲发达国家始终在斥巨资研发先进复合材料，首先应用于航天航空高科技领域。
我国政府也将研发先进复合材料纳入国家科技战略重要范围，国防科工委、科技部、教育部高校系统都建立了国家级重点实验室，将先进复合材料列入重点实验基金特别支持项目。
巢孔结构所具有的诸多结构优势和经济实用性特点，完全达到目前世界复合材料先进水平。
三，巢孔结构数模造型技术的改进和创新：
（一）其结构更加科学、合理，更加系统、完善；
1、巢孔结构的科学创新性：既有仿生学原理，吸取了举重运动员挺举成绩大大高于抓举成绩、上下肢体一纵一横负载面积大、稳定性高原理，其孔壁为纵横双向中空结构；其多边角巢孔采用高强度、高稳定性的单向或双向梯度结构，又赋于其创新性科学元素；其截面惯性矩、稳定性、多种强度，比现代航天航空飞行器壳体采用的蜂窝、格栅结构优势明显。
2、其突变结构，使其表面层任何位置抗冲击、抗剪切强度，比蜂窝、格栅结构要高得多。
3、其结构的灵活可变性：其巢孔内外多角边可变、上下表面曲面、平面可变、在三维空间内延伸方向360度可变；由平直的片状转换成块状、由复合结构转换成框(骨)架结构，也灵活可变；可满足大型产品壳体多局部的多种性能需要。蜂窝、格栅结构不具备所述可变性，巢孔结构更适合用于车辆、船舶、飞行器壳体结构。
4、其结构的系统、完善性：巢孔结构置有的楔口之类‘损伤’，有相应的补偿结构和设置。
5、其独特结构的组合特性：可将三角边巢孔、四角边巢孔、五角边巢孔、六角边巢孔较容易地连接、组合成一个整体，其各自居有的结构优势组合，可满足车辆、船舶、飞行器壳体结构不同局部的不同要求。瓦楞、蜂窝、格栅……等结构根本不能实现，巢孔结构的‘亲和特性’是对已知技术所有结构形式最突出的改进和创新。
(二) 连接方式的灵活多样性、高强度可靠性：
1、其芯层经简单合理的结构组合、甚至过盈配合，不需任何胶接或焊接，其稳定性、平压强度，比现代飞行器壳体采用的蜂窝、格栅结构胶接后的芯层还要高；如在其极少部位施以焊或胶接，其强度更高。
2、其芯层独特结构与表面层连接复合，同样用胶接，比蜂窝、格栅结构的连接复合，其剥离强度要提高几十倍以上；如金属材质，采取激光焊、钎焊、热轧复合，能使芯层与表面层融为一体，剥离强度更高，更适合用于车辆、船舶、飞行器壳体结构，用于制造大型舰船中空结构中、厚船板优势更加突出。
3、其芯材置有的连接结构，使其多件横向边沿接驳、纵向多层叠加组合、与其他杆件连接……都可通过芯材的结构组合，很容易达到使用目的，比蜂窝、格栅结构，巢孔结构更适合用于车辆、船舶、飞行器壳体结构。
（三）材料选择的多样性
巢孔结构连接方式的灵活多样性、牢固可靠性决定了该系列结构可采用材料的状态、规格、材质的多样性：
1、凡具有一定强度、韧性的金属或非金属板材，经冲、压、折叠……等变形加工出置有连接结构的型材、构件，通过连接、组合、整形……等成熟工艺技术，均可构成巢孔结构中空复合板材、巢孔结构车辆、船舶、飞行器壳体。
2、一个整体结构可使用多材质板材，均可根据壳体局部强度、高低温、干湿度、腐蚀……等多局部使用环境、条件需求，通过实施接驳、互换等灵活的组合方式，使用多局部需要的多种金属或非金属材料。现代航天航空飞行器壳体所采用的蜂窝、格栅结构的胶接或焊接单一连接方式，不具备单一结构多材质构成这一特性。
3、一个整体结构可使用多规格、形状材料：可根据壳体局部不同要求，使用不同长度、宽度、厚度、弯弧度设置、使用多局部需要的多规格、形状材料，其局部结构组合构成的芯层整体外形，即构成壳体模形，比蜂窝、格栅结构，巢孔结构更适合用于车辆、船舶、飞行器壳体结构。
(四) 巢孔中空结构板材、壳体结构的多功能特征
巢孔结构可通过对其芯层、表面层材质、结构、加工工艺多种技术方案，解决巢孔结构板材、壳体结构的弹性、强度、保温隔热、降噪、减阻、防腐、隐身、美观……等多种复杂使用要求，使其具备多种功能。
（五）巢孔结构及其造型技术的经济性特征
1、巢孔结构采取模具组合造型技术,其型材模块化模具, 互换通用性较强, 改变大型壳体的外部形态, 仅对局部型材的不同数据模具进行更换、重组即可。一套模具多次重组,可同时研发多种大型壳体,可节约大量模具工装费用。
2、巢孔结构板材、壳体的多功能特征，决定了大幅度提高其技术含量、经济价值的合理性。
3、巢孔结构用于车辆、船舶、飞行器壳体的轻量化，所带来的原材料、制造成本降低、耗能的减少都会给生产、制造商家，给全社会，带来无尽的经济效益、社会效益。
（六）质轻、强度高的突出特点：
经初步检测，同质量条件，巢孔结构截面惯性矩、多种强度均高于航天航空器壳体普遍采用的蜂窝、格栅结构：
1、巢孔中空结构与实芯结构板材的刚度比，可做到11.5 ：1以上；
2、同刚度（载荷）、合理密度条件要求, 巢孔结构更轻：实心钢材比重为7.9：1，而巢孔中空结构铝板比重可在0.68：1以下，如做到与钛金属板刚度相同，巢孔中空结构钛板比重在0.39左右,比实芯结构钛金属板比重4.5:1要轻得多；与钛金属板刚度相同，巢孔中空结构铝板比重仅在2.35；1左右，价格仅为钛金属的1/13、碳纤维复合材料的1/22左右；当然，巢孔中空结构碳纤维复合板更轻，比重可低于0.25：1 。就强度比和经济实用性而言，巢孔中空结构碳复合材料为现代世界先进水平。
四，巢孔结构数模造型技术应用领域及其结构优势
根据以上所述改进和创新，巢孔结构具有的质轻、强度高的结构优势和经济实用性特点，从目前研究、认识水平获得的数据，从理论上推断，巢孔结构可以从以下方面，用于国防和民用车辆、船舶、飞行器壳体制造：
（一）航天航空飞行器壳体
1、蒙皮或壁板：芯层与一表面层复合，用总厚度不超过1毫米的巢孔结构中空薄板制造飞机蒙皮，代替2、3毫米厚度的传统实芯蒙皮, 其表面独特结构的不平滑度误差、阶差，既符合飞行器壳体气动、多部位应力水平、传力功能及强度的需要，又能减少飞行阻力（类似原理技术已在空客飞机上得到应用, 油耗减少1/5）。芯层与两表面层复合，用总厚度不超过2毫米的巢孔结构中空薄板制造飞机蒙皮，可代替8毫米左右厚度、同材质传统实芯蒙皮(无减阻功能)或壁板。
2、巢孔结构中空复合薄板，具有二次变形加工性能，可代替实芯铝、钛合金板材，加工制作壁板、腹板、桁条、肋、框……等飞机部件,最少减重1/4以上。
3、‘巢孔结构蒙皮’ 独特结构与桁条、翼肋等部件连结，采用结构组合为主，仅关键部位实施焊或胶接，摈弃铆钉连接。
4、如金属材质，巢孔结构板芯层独特结构与表面层复合，采取激光或钎焊复合，除剥离强度更高外，比蜂窝、格栅结构胶接复合，使飞机对超高、低温恶劣使用环境条件的适应、生存能力更强；
5、可大大减少感应器的使用数量（因胶接复合材料必须使用）；降低感应器失灵事故概率(美国就曾发生过因感应器失灵，其隐形飞机坠毁事故)。
6、飞行器壳体结构由桁梁格栅加筋结构过渡、升级到巢孔网架结构，可设计制造外形各异、翼身结合良好的多用途军用飞机，大量减少铆钉、镙栓螺母、角片、接头、……等飞机零部件。美国军用飞机制造商早已采用类似原理结构技术，研制出多种无人隐形侦察机、战斗机、轰炸机、甚至多马赫概念飞行器。巢孔网架结构比格栅加筋结构截面惯性矩、连接方式更好，且使用巢孔中空结构复合材料，从理论上讲，其质量更轻，气动弹性更好、整体强度更高，可使飞机飞行速度更高，隐身性能更好。
7、巢孔结构及其数模造型技术数据化程度更高，更适合应用于航空企业CAＴLA设计、制造、管理系统。
8、采用巢孔结构中空复合材料，比单纯使用实心碳复合材料制造飞行器壳体，其综合效益要好得多。
(二)军用舰船乃至整个造船业
巢孔中空结构可使用硬质钢板材加工组合，构成的芯层独特结构与表面层焊接复合（高、低温钎焊、激光焊接），融为一体，其强度高、密度小、排水量大，决定了多功能的巢孔中空结构钢板，可应用于军用民用造船业。
1、巢孔中空结构多功能复合船用钢板:其芯层解决弹性、强度、保温隔热、降噪（这对潜艇降噪及其防护至关重要）……等船板功能问题；其两表面层解决减阻、防腐、连接、隐身、美观……等船板功能问题，某些传统船用钢板(如超低温变形、保温隔热、降噪等)很难解决的问题，巢孔中空结构船用钢板在设计、制造过程中，通过合理使用材料、结构转换、接驳、填充、复合……等成熟工艺技术，很容易得到解决，使巢孔中空结构船用钢板具有质轻、强度高、多功能、技术含量高、经济价值高……等诸多突出特点。
2、厚度3毫米以上的船用钢板理论上都可以采用巢孔中空复合结构，同强度，用1/4左右重量的巢孔结构复合钢板，即可达到或超过5倍以上重量的传统实芯船用钢板物理要求，(同重量，巢孔中空复合结构钢板比传统实芯船用钢板，刚度或载荷可达10倍以上)。
3、舰船壳体结构：美国许多航母、大型舰船壳体早已采用模块结构，我国仅有最先进的几艘导弹驱逐舰采用模块结构。虽然，其舰船建造、经营方式有了改变，但仍使用几十甚至几百毫米厚的特种钢板。其舰船壳体材料的笨重、粗放，仍为镙栓螺母或铆、焊接，连接方式老旧，极大地限制着舰船设计者的思维方式，极大地降低了其舰船模块结构壳体的技术层次。
巢孔结构设计的轻量化、连接方式的先进、可靠性，生产效率大大提高，建造成本大大降低的经济性，或可为我国造船由龙骨复板结构升级为模块结构，提供最先进、有力的最新技术支持。
4、我国造船业如大规模采用巢孔结构，会从整体上提高我国造船业技术水平：我国建造的舰船防腐功能更强，自重更轻，排水量更大，航行阻力更小,耗能更低,；军用舰船的降噪、隐身防护能力更强；大量节约船用钢材，节约造船成本；能建造更大型的军用或民用舰船……或使我国从造船大国真正成为世界造船强国。
虽然船用产品门槛很高，要经多国船级社认证，但巢孔结构及其造型技术对造船业的影响，是深远的，其综合效益是无法估量的。非常需要国家、业界支持，需要众多精英团队、众多睿智人才的精诚合作，方能实现。
(三）汽车制造业
一) 质轻,通过变形加工,使板材结构、截面惯性矩突变，使轻质板材,多倍提高强度，从而降低汽车壳体的重量，最少轻1/4以上。
二) 强度高, 巢孔结构强度多方向分布，可将强度设计成均匀分布或趋向分布，巢孔中空结构板材任何方向刚度，均可达到6至10倍于同质实芯板材；局部加强可达10倍以上。巢孔中空结构可通过局部结构转换、置换材料,加强或者减弱 ,满足汽车壳体局部刚度和抗冲击强度的不同需要。
三）巢孔结构汽车壳体数模造型技术产品丰富多样性：厚薄可变,具有从加工0.5毫米到20公分以上超厚中空板材的成熟技术；结构可变,其内外多角边可变,多层次可变;其上下表面曲、平面可变;很容易由复合结构转变成框架结构；很容易由平直的片状转换成块状；延伸方向可变, 很容易由平直延伸, 转换至多方向360度自由延伸，适合用于汽车壳体结构。
四）突出的经济性：制造大型工业产品如汽车首件或样件,其型材模块化模具,互换通用性较强 , 改变大型工业产品壳体的外部形态, 仅对不同数据模具进行更换、重组即可。置备一套汽车模块化组合模具,可研发很多外形各异的汽车首件或样车。而这套模具投资额, (不包括灯具、门把手等较小配件模具费用) 仅仅不到传统整车汽车模具费用的1/10。
五)提升整车技术含量：巢孔结构汽车壳体芯层巢孔内很容易填充泡沫材料或防弹防爆材料,而填充所属材料,汽车壳体自重增加很少(比现有汽车壳体还要轻很多),很容易研发生产更加保温、隔热、防弹、防爆-------等有特殊功能的高端汽车品种。
六) 巢孔结构汽车壳体外观视觉效果更为丰富多彩：巢孔结构芯层完全具备汽车壳体的载荷、抗冲击等强度功能。因而，其表面层可选择体现视觉美观功能更佳、更轻质、更易置换的材料,巢孔结构汽车壳体为设计制造外观视觉效果更佳，个性化更强的汽车壳体，提供更加灵活方便，更加可靠的结构性技术支持。
七）数据化程度更高，巢孔结构及其数模造型技术或可成为汽车业从模拟阶段上升至数字时代的核心技术。
(四)对建筑业影响巨大
1、可改变传统混凝土的内部结构：其表面独特结构板作为混凝土的骨架材料，明显地增加与水泥的粘结面板，增加其截面惯性矩，强度更高；
2、可改变传统混凝土钢筋连接方式，现建筑教课书仍为“绑扎搭结”，而巢孔系列结构骨架板改进为结构组合，强度更高，可塑性更强，效率更高；
3、将传统建筑构件的实体结构改为中空结构，其承重或不承重的墙、柱、梁均可用巢孔中空结构的混凝土构件施工。框架结构的建筑用H型钢，也可采用巢孔中空结构，既可节约大量建筑材料，又可减轻建筑物重量。
4、可使人类建造更高、规模更大的建筑物，其外观更加灵活多变。
5、可改变建筑业的施工方式，由现场施工改为工厂生产、现场组装的集约化施工方式。
五,巢孔中空结构金属板的经济价值
1、普通钢板0.45万元以上/吨＋技术附加值90％ 0.405万元/吨＝巢孔中空结构复合钢板0.855万元/吨 巢孔中空结构与实芯结构强度比，可做到1：10以上，可取代最少7倍以上质量的实心钢板，价值3.15万元，节约相对值为2.295万元。
2、特种钢板0.6万元以上/吨＋技术附加值80％ 0.48万元/吨＝巢孔中空结构复合钢板1.08万元/吨； 强度比可做到1：10以上， 可取代最少7倍以上质量的实芯特种钢板，价值4.2万元，节约相对值为3.12万元。
3、铝合金板 2.65万元以上/吨＋技术附加值60％ 1.59万元/吨＝巢孔中空结构复合铝板4.24万元/吨 强度比可做到1：8以上， 可取代最少5倍以上质量的实芯铝合金板。价值13.25万元，节约相对值为9.01万元。
4、钛合金板 31万元以上/吨＋技术附加值40％ 12.4万元/吨＝巢孔中空结构复合钛板43.4万元/吨 强度比可做到1：9以上， 可取代7倍以上质量的实芯钛合金板。价值217万元，节约相对值为173.6万元。
5、碳复合材料 98万元以上/吨(纯碳材料在150万元)＋技术附加值30％ 29.4万元/吨＝巢孔中空结构碳纤维复合板127.4万元/吨 强度比可做到1：7以上，可取代5.5倍以上质量的碳纤维复合板。价值539万元，节约相对值411.6万元。
六，巢孔结构及其造型技术项目的丰厚回报
（一）起点高，营业额巨大；其高、中、低价格材料产品各具优势，普通钢、特种钢产品虽价格、技术附加值较低，但应用范围广，市场巨大，1％份额即可达27亿元之多；中端巢孔结构中空铝复合板的轻量化、适用性强、取代材料对象多、销量大、价格高，产销3千吨即可达1.2亿元以上；高端的巢孔中空结构钛、碳复合板虽应用范围小、销量少，但其材料价格、技术附加绝对值都超高：销量79吨以上碳复合结构产品，其价值即可达1亿元以上(美国波音787飞机采用复合材料70％以上，每架数以吨计，价值上千万美元)；
(二) 利润高：普通钢、特种钢巢孔结构中空复合板产品价格、技术附加值虽较低，其产销量巨大，利润绝对值也相当巨大；中端巢孔结构中空铝复合板产销量适中，但价格高，生产成本低，利润较高；巢孔中空结构钛、碳复合板虽产销量少，只要控制好材料消耗，生产工时很少，生产、管理成本都很低，但利润绝对值极高；生产、经营好其中任何一个层面产品，其利润绝对值都相当可观。
（三）社会效益大 ；巢孔结构产品应用广泛，层次高，节能环保，对国家、社会贡献巨大，美誉度高。
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