[發(fā)明專利]拉脹雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910137528.6
• 申請(qǐng)日: 2019-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110194269A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 埃斯特萬(wàn)·馬蒂諾-岡薩雷斯;伊凱爾·韋萊茲德門(mén)迪薩瓦爾阿隆索;瓦西利斯·沃特西奧斯;吉列爾莫·尼古拉斯古鐵雷斯;迭戈·桑切斯弗蘭科;大衛(wèi)·馬特桑斯伊達(dá)爾戈;何塞·安格爾·埃爾南斯-曼里克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 空中客車(chē)西班牙運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B64D33/02
• 分類號(hào): B64D33/02;B64D47/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 董敏;王艷江

本發(fā)明提供了一種拉脹雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，該拉脹雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)包括：拉脹彎曲殼體(2)，拉脹彎曲殼體(2)能夠在第一穩(wěn)定位置與第二穩(wěn)定位置之間移動(dòng)；以及剛性元件(1)，其中，拉脹彎曲殼體(2)的表面的至少一部分連結(jié)至剛性元件(1)，使得彎曲殼體(2)能夠相對(duì)于所述剛性元件(1)在所述第一穩(wěn)定位置與所述第二穩(wěn)定位置之間移動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及拉脹結(jié)構(gòu)，具體地涉及拉脹彎曲殼體及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

自然界中發(fā)現(xiàn)的常規(guī)材料具有正泊松比，這些材料在受拉伸時(shí)變窄且在受壓縮時(shí)變寬，以下為泊松比方程式：

因此，泊松比被定義為橫向應(yīng)變除以縱向應(yīng)變的負(fù)值。

存在表現(xiàn)出相反行為的材料或結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)型，這些材料或結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)型被稱為拉脹材料，拉脹材料具有負(fù)泊松比，并且拉脹材料在被拉伸時(shí)在所施加的力的橫向方向上變寬且在被壓縮時(shí)變窄。因此，對(duì)拉脹材料施加單向拉伸力導(dǎo)致橫向尺寸的大小的增加，并且施加單向壓縮力導(dǎo)致橫向尺寸的大小的減小。

已知具有單元布置結(jié)構(gòu)的二維拉脹結(jié)構(gòu)，該單元布置結(jié)構(gòu)包括多個(gè)定形狀為倒六邊形的相鄰單元，相鄰單元在單元幾何形狀的兩個(gè)面內(nèi)方向呈現(xiàn)拉脹行為。這種結(jié)構(gòu)被稱為凹入六邊形構(gòu)型。對(duì)于常規(guī)六邊形構(gòu)型和凹入六邊形構(gòu)型兩者而言，在牽引力下這些構(gòu)型的變形可以在圖1中觀察到。

當(dāng)結(jié)構(gòu)是殼體，或者同樣地，是圓頂形形狀的層或彎曲層時(shí)，其特征在于，與結(jié)構(gòu)的其他兩個(gè)尺寸相比，厚度非常小，變形行為部分地由楊氏模量驅(qū)動(dòng)，而且還由如以下公式所示的泊松比驅(qū)動(dòng)，以下公式表示用于具有各向同性的線性彈性材料的減小曲率的殼體的應(yīng)力與應(yīng)變之間的近似關(guān)系。對(duì)于其他非各向同性材料且具有較高曲率的殼體而言，方程式更加復(fù)雜，但是泊松比仍是基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)因素。

當(dāng)結(jié)構(gòu)是暴露于載荷從而在該結(jié)構(gòu)的壁上產(chǎn)生壓縮的彎曲殼體或圓頂時(shí)，楊氏模量和泊松比對(duì)變形的影響甚至更高，因?yàn)闂钍夏Ａ亢筒此杀闰?qū)動(dòng)了穩(wěn)定的強(qiáng)度變形以及屈曲或不穩(wěn)定行為兩者。

通過(guò)考慮具有負(fù)泊松比的拉脹材料替代常規(guī)材料，可以控制彎曲殼體或圓頂?shù)淖冃涡袨椋@可以產(chǎn)生顯著的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明包括將拉脹材料的特別是球形、橢圓形、筒形、圓錐形、環(huán)形或其他彎曲的扇形幾何形狀的殼體與剛性元件組合，使得殼體像凹形形狀或圓頂一樣起作用。

與常規(guī)材料的彎曲殼體相反，當(dāng)精確的力或壓力被施加于由拉脹材料形成的所提出的結(jié)構(gòu)并在該結(jié)構(gòu)的壁上產(chǎn)生壓縮時(shí)，彎曲殼體能夠以更受控制的方式變形，使得可以將該結(jié)構(gòu)的整體形狀或該結(jié)構(gòu)的一部分從凹形幾何形狀變成凸形幾何形狀。

圖2示出了球扇形件，該球扇形件在其整個(gè)表面上是具有恒定曲率半徑的彎曲殼體。使用這種在邊緣上具有簡(jiǎn)單支承的幾何形狀以便于說(shuō)明。如圖3中所示，當(dāng)正常壓力或精確的正常載荷朝向殼體的曲率中心施加時(shí)，在半球方向上出現(xiàn)壓縮。在常規(guī)材料的情況下，由于常規(guī)材料的正泊松比，該殼體結(jié)構(gòu)在該載荷下趨于在子午線方向上膨脹，如圖4a中所示。在圖4b的剖切面中示出的這種子午線膨脹對(duì)殼體具有加強(qiáng)效果，從而避免殼體朝向曲率中心變形。子午線膨脹還在子午線方向上產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，這是因?yàn)檫@種膨脹受到由于曲率導(dǎo)致的相鄰子午線的不同膨脹的約束。這種壓縮被添加至半球形壓縮，從而導(dǎo)致雙壓縮狀態(tài)，雙壓縮狀態(tài)有利于殼體的屈曲和由此的不期望的突然的不受控的形狀變化和變形。

如圖5a中所示，當(dāng)在半球方向上施加壓縮時(shí)，由于負(fù)泊松比，該彎曲殼體在拉脹材料上能夠在子午線方向上收縮。在圖5b的剖切面中示出的這種子午線膨脹允許加強(qiáng)效果和雙壓縮效果不太明顯或消除，從而允許變形更順暢并且可以被更好地控制。