[發明專利]一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料及其制作方法

有效

• 申請號: 201710675026.X
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107498934B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 周濟;李勃;吳玲玲
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B32B3/08
• 分類號: B32B3/08;B32B3/28;B32B37/02;B29C33/42
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;周治宇

1.一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料，其特征在于，該超材料包括多個呈陣列排布的單層機械超材料，相鄰兩所述單層機械超材料鏡像設置并通過硬質隔板固定連接；

其中，所述單層機械超材料包括基體，所述基體上沿其長度方向并排設置多個獨立的卡扣槽，相鄰兩所述卡扣槽之間在所述基體上形成柔性的連接梁；所述卡扣槽包括卡扣和卡槽，且所述卡扣和卡槽之間相互配合并相隔固定的距離；所述單層機械超材料采用柔性彈性體制造而成；

所述單層機械超材料包括所述卡扣與所述卡槽分離的第一穩定狀態和所述卡扣與所述卡槽結合的第二穩定狀態；當外界施加的載荷達到機械能吸收的最大值時，所述單層機械超材料能夠從所述第一穩定狀態切換到所述第二穩定狀態；當載荷撤去后，所述單層機械超材料依然保持所述第二穩定狀態；當再施加相反方向的載荷時所述單層機械超材料能恢復到所述第一穩定狀態；

所述單層機械超材料能夠吸收的機械能由所述卡扣和卡槽之間的開口寬度比例、進出角度和摩擦系數決定。

2.如權利要求1所述的一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料，其特征在于，所述柔性彈性體由本體和交聯劑兩種組分構成；所述本體與交聯劑的配比中，所述交聯劑的比例越大，固化后得到的所述柔性彈性體的彈性模量越大。

3.如權利要求1或2所述的一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料，其特征在于，通過表面潤滑處理能夠對所述卡扣和卡槽之間的摩擦系數進行調節。

4.一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料的制作方法，包括以下步驟：

1)根據單層機械超材料需要吸收的機械能量級，對單層機械超材料的尺寸參數進行設計，包括卡扣和卡槽的開口寬度比例和進出角度；然后反推出單層機械超材料模具的結構；

2)根據步驟1)確定的單層機械超材料模具的結構，制備單層機械超材料模具；

3)根據單層機械超材料需要的彈性模量確定柔性彈性體的本體與交聯劑的配比比例，然后將組成柔性彈性體的組分按照確定的比例攪拌均勻，倒入單層機械超材料模具中，然后烘干固化；

4)固化后，將柔性彈性體模型脫模，得到所制備的單層機械超材料；

5)將單層機械超材料以鏡像對稱的方式，粘在硬質隔板的兩側，以此類推，得到陣列排布結構的單層機械超材料陣列；

6)采用潤滑劑對卡扣和卡槽進行表面處理，改變卡扣和卡槽之間的摩擦系數，實現機械超材料吸能特性的調節，最終得到基于卡扣結構的機械能吸收超材料。

5.如權利要求4所述的一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料的制作方法，其特征在于，所述步驟1)中，采用三維建模軟件對單層機械超材料的結構尺寸參數進行設計和反推單層機械超材料模具結構。

6.如權利要求4或5所述的一種基于卡扣結構的機械能吸收超材料的制作方法，其特征在于，所述步驟2)中，采用3D打印的方法制作單層機械超材料模具。