什么是蜂窝
发布时间:2011-6-27
来源方式:原创

 

什么是蜂窝

 

    蜂窝结构是大自然的杰作,在我们的身边随处可见:人们常见的蜜蜂构筑的蜂巢,它是由无数个正六边形巢房对接而成;当人们漫步街头的时候,不时会发现一块块用正六边形的水泥砖铺成的、成蜂窝状的路面;紧固零件用的螺丝帽一般也被设计成正六边形;而今手机的普及,常常听说蜂窝移动电话,但人们并不知道为什么手机会与蜂窝联系在一起......

    早在公元四世纪的古希腊,数学家佩波斯就提出:蜂窝的优美形状,是自然界最有效劳动的代表。他当时猜想:人们所见到的、截面呈六边形的蜂窝,是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建成的,他的这一猜想被称为蜂窝猜想,但很多年来没有人能够证明这一点。

    虽然蜂窝是一个三维体建筑,但每一个蜂窝都是六面柱体,而蜂蜡墙的总面积仅与蜂巢的截面有关。经过长期的观察和分析,人们发现蜜蜂蜂巢是一座十分精密的建筑工程,其大小刚好可以容纳一个蜜蜂幼虫。蜜蜂建巢时,青壮年工蜂负责分泌片状新鲜蜂蜡,每片只有针头大小。而另一些工蜂则负责将这些蜂腊仔细摆放到一定的位置,以形成竖直六面柱体。每一面蜂蜡隔墙厚度不到0.1毫米,误差只有0.002毫米。六面隔墙宽度完全相同,墙之间的角度正好是120度,形成一个完美的正六边形几何图形。

    由此引出了一个数学问题,即寻找面积最大、周长最小的平面图形。1943年,匈牙利数学家陶斯巧妙地证明,在所有首尾相连的多边形中,正多边形的周长是最小的。但如果多边形的边是曲线时,会发生什么情况呢?陶斯认为,正六边形与其他任何形状的图形相比,它的周长最小,但他不能证明这一点。而直到最近,美国数学家黑尔宣称:在考虑了周边是曲线时,无论是曲线向外突,还是向内凹,都证明了由许多正六边形组成的图形周长为最小.......

    无论其证明结果如何,我们可以得出的结论是:正六边形蜂窝结构是大自然物竞天择的自然选择,它代表了自然界最有效劳动的天然成果。

    受大自然蜂巢结构的启迪,人们创造性地发明了各种蜂窝结构技术和产品,他们具有结构稳定、用料省、覆盖面广、强度高和结构轻等众多优点,其中蜂窝复合材料是至今为止已知的最节省材料、具有最大强度重量比的轻质高强结构材料;而在移动通讯领域,按蜂窝结构设置机站的位置,具有以最少的投资覆盖最大的区域,并使机站内的手机获得最好的通讯信号。

    蜂窝结构技术及产品早已被广泛用于航空、航天等高科技领域,并在其它领域受到广泛的关注、研究和发展。在国外应用蜂窝芯材已有二十五年历史了,它具有强度高、重量轻、成本低、抗冲击、不吸水,同时在很大的温度范围内保持特性稳定,并且隔热、隔音。正是由于这些优点,最近几年逐步进入中国市场。

    蜂窝板是由两块表板和充填其中用以保证两块表板砌合在一起共同工作的蜂窝中间层所组成。表板可以选用不同的材料:当两块表板都是铝板或钢板时,称为铝蜂窝板或钢蜂窝板当其中一块表板为石材、钦合金板、搪瓷板、木材、玻璃钢、塑料时,分别称为石材蜂窝板、钛合金蜂窝板、搪瓷蜂窝板、木材蜂窝板、玻璃钢蜂窝板、塑料蜂窝板等。中间蜂窝层采用铝箔、纸箔和塑料时,分别称之为铝蜂窝、纸峰窝、塑料蜂窝。
蜂窝板结构的设计思想来源工字梁结构:表板相当于工字梁的翼板,主要承受正应力;中间蜂窝层相当于工字梁的腹板,主要承受剪应力。两个表板的结构高度大,有较大的剖面惯性矩,因而刚度好、弯曲强度大;中间夹心层仿生于天然蜂巢结构,所用材料少,但剪切强度大、稳定性好;表板和蜂窝中间层优化组合,使得蜂窝板具有重量轻、强度大、刚度好等优点。表板与蜂窝选择适当,还可获得良好的抗震、隔热、隔音等性能,做成防火蜂窝板、隔热蜂窝板、隔音蜂窝板等。由于有以上优点,蜂窝板在航空、航天部门率先使用,随后在装饰、幕墙、屋顶、楼板等建筑领域,汽车、火车、轮船、轻轨、地铁、电梯等工业部门广泛应用。

一.在建筑行业的应用
  与各种石材薄板(厚5mm以下)复合,广泛应用于高大建筑物的外墙面,做到美观的同时,由于重量轻,增强了建筑物的安全性,并且隔音、隔热。
  用蜂窝板搭建轻型活动房屋,操作容易、速度快,并有较好的保暖、隔音效果。
  由于蜂窝的易加工性,能加工成不同形状,可以用作不同形状的棚顶或屋顶,具有可靠、安全、美观、便于安装等特点。

二.在运输行业的应用
  在运输行业,如能大幅减少运输工具的自重,就能节约燃料,增大运载,提高经济效益,同时还能够减小污染。
  利用蜂窝隔音减震的特性,可大幅减少发动机的产生的噪音及震动。将蜂窝板用于公共汽车或大贸车的地板及厢体,可大大减轻其重量,并增加强度;用于火车、轮船及飞机上也取得了同样的效果。更为重要的是蜂窝有极高性价比,任何其它的材料无法与之相比。

三.在与水相关行业的应用
  由于蜂窝材料的物理化学特性,决定了其不吸水、耐腐蚀,在以下几个方面获得了大量应用。
  1. 造船业:船体、甲板、船顶、舱门、舱口盖、船的内部装修等都大量使用蜂窝材料。
  2. 海运行业的装备也大量使用蜂窝材料,如船坞。
  3. 用塑料蜂窝板材建造室内游泳池,由于其隔热性,能够保持水温。用作进入游泳池的地板及台阶,使人没有凉的感觉。
  4. 塑料蜂窝板还可用于渔场的栅栏,不但经久耐用,而且牢固不怕风浪。

四.在其它行业的应用
  1. 空气均流、导流。
  2. 农业育苗、农作物培养。
  3. 轻型房屋。
  4. 存放化学品或食物的容器。
  5. 污水处理。