[發明專利]多穩定格子結構

無效

• 申請號: 200810209682.1
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101435532A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 戴福洪;張博明;杜善義
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16S3/06
• 分類號: F16S3/06
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 崔東輝

(一)技術領域

本發明涉及材料科學，具體說就是一種多穩定格子結構。

(二)背景技術

變形結構是一種可以大幅改變形狀滿足或提升功能要求的結構，是智能變形飛行器等的基礎。普通的通過材料彈性或塑性變形滿足不了大幅變形和往復變形的要求。柔性材料滿足變形要求，但需要外載荷作用才能維持其形狀。而用于智能變形的結構變形需要具有多種形狀，并可以往復轉變的功能。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種可以滿足多種形狀大幅度變化要求，每個形狀下不需外力可自己獨立維持構型，各構型可以往復轉變的多穩定格子結構。

本發明的目的是這樣實現的：它是由多個三穩定格子結構單元組成的；三穩定格子結構單元之間是通過螺栓或者膠接連接的。

本發明還有以下技術特征：

(1)所述的三穩定格子結構單元由四個雙穩定薄片組成；四個雙穩定薄片通過螺栓或者膠接連接。

(2)所述的三穩定格子結構單元有三個穩定形狀，三個穩定形狀是平面矩形格子、下凹曲面格子和上凹曲面格子。

本發明多穩定格子結構，制作方法如下：首先利用復合材料疊層結構的非對稱鋪成特點，利用熱壓罐工藝制備出具有雙穩定構型的窄矩形薄片，將四個薄片通過螺栓或者膠接連接，形成三穩定格子結構單元。它具備平面矩形格子、下凹曲面格子和上凹曲面格子三種不需外力作用即可以獨立維持其構型的穩定形狀。然后，將各個格子結構單元之間通過螺栓或者膠接連接，則制成了具備超過3個穩定構型的多穩定格子結構。

本發明多穩定格子結構，提供一種能適應多個(超過3)形狀變化要求的多穩定結構，每個構型下不需外力即可維持其構型。如有n*n個三穩定格子單元連接在一起，則由此構成的多穩定結構具有超過2ⁿ個穩定形狀，并且在其格子構型下無需外力即可維持其形狀，同時各個構型之間可以一定外載荷作用下相互轉變。本發明多穩定格子結構既適應大幅形狀往復轉變，又可獨立維持格子構型的多穩定格子結構。

(四)附圖說明

圖1為本發明的三穩定格子結構單元示意圖；

圖2為本發明的三穩定格子結構單元的三個穩定構型之一示意圖；

圖3為本發明的三穩定格子結構單元的三個穩定構型之二示意圖；

圖4為本發明的三穩定格子結構單元的三個穩定構型之三示意圖；

圖5為本發明多穩定格子結構典型構型之一示意圖；

圖6為本發明多穩定格子結構典型構型之二示意圖；

圖7為本發明多穩定格子結構典型構型之三示意圖；

圖8為本發明多穩定格子結構典型構型之四示意圖。

(五)具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。

實施例1，結合圖1-圖8，本發明所述的三穩定格子結構單元有四個雙穩定矩形薄片組成(圖1中的1和3)，用鉚釘連接(圖1中的2)。制備好的三穩定格子結構單元的三個穩定形狀分別為：平面矩形格子(圖2)，上凹的曲面格子(圖3)，下凹的曲面格子(圖4)。采用多個格子結構連接而成的多穩定格子結構具有多個穩定構型，其中的任何一個格子至少可以形成2個穩定形狀。圖5-圖8給出了由4*4個三穩定格子結構單元構成的多穩定格子結構，其中幾個典型的構型為：平面格子結構(圖5)，沿某一邊方向的波紋形格子結構(圖6)，沿另一邊方向的波紋形格子結構(圖7)，兩邊彎曲的格子結構(圖8)。對于此4*4個3穩定格子結構單元構成的多穩定格子結構，理論上在一個方向即沿一條邊方向就有2⁴個穩定構型，而在與之垂直的方向，理論上還有2⁴個穩定構型，但其中平面構型兩種情況重合，所有理論上有2*2⁴-1個即31個穩定構型，且各穩定構型之間在一定外載荷作用下可以互相轉變，當轉變到某一穩定構型后，外力撤走即不再需要外力即可維持其穩定構型。