[發(fā)明專(zhuān)利]一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910879025.6
• 申請(qǐng)日: 2019-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110553135A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊楠;鄧勇;毛忠發(fā);牛小東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 汕頭大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F16S3/08
• 分類(lèi)號(hào): F16S3/08
• 代理公司: 44202 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 周增元;曹江

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)，包括由若干“Z”字形結(jié)構(gòu)的支撐桿鏡像連接組合而成的二維框架單元，所述“Z”字形結(jié)構(gòu)的支撐桿的具有相同的設(shè)計(jì)角。本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)的制造方法。采用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)模型的幾何參數(shù)來(lái)調(diào)整和控制桁架結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，本發(fā)明還能夠設(shè)計(jì)和制造具有很高孔隙率和具有負(fù)泊松比特性的特殊應(yīng)用材料，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療人造骨結(jié)構(gòu)、航天航空等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種力學(xué)框架結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，涉及到輕量化的力學(xué)結(jié)構(gòu)多以多孔結(jié)構(gòu)為主，如在制備多孔陶瓷材料的方法中，一般使用包括發(fā)泡法、模板法和造孔劑法等。發(fā)泡法獲得的多孔支架氣孔孔徑難以控制，孔隙之間的貫通性較低。造孔劑法操作簡(jiǎn)便易行，是一種常用的制備多孔陶瓷材料的方法。造孔劑法是將造孔劑與漿料混合形成支架模型，再以溶出或煅燒的方式去除造孔劑，從而獲得多孔材料。常用的造孔劑主要有鹽顆粒(包括碳酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等高溫可分解鹽類(lèi))、淀粉顆粒等，所得結(jié)構(gòu)存在孔數(shù)過(guò)多時(shí)存在材料機(jī)械強(qiáng)度減小，且存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，而孔數(shù)過(guò)少時(shí)，其分布不均勻，達(dá)不到高的孔隙率。此外，現(xiàn)在技術(shù)中的多孔結(jié)構(gòu)以及桁架結(jié)構(gòu)其機(jī)械性能一般難以按需調(diào)節(jié)，或是不能調(diào)整，不能適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)及其制造方法。可極大地提高桁架結(jié)構(gòu)的孔隙率，并達(dá)到輕量化高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)，包括由若干“Z”字形結(jié)構(gòu)的支撐桿鏡像連接組合而成的二維框架單元，所述“Z”字形結(jié)構(gòu)的支撐桿具有相同的設(shè)計(jì)角。

進(jìn)一步地，所述“Z”字形結(jié)構(gòu)由三段等長(zhǎng)的所述支撐桿構(gòu)成。

所述設(shè)計(jì)角為銳角，可產(chǎn)生負(fù)泊松比效應(yīng)。

更進(jìn)一步地，包括三維結(jié)構(gòu)單元，所述三維結(jié)構(gòu)單元為六面體結(jié)構(gòu)，所述二維框架單元構(gòu)成所述六面體結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步地，所述六面體結(jié)構(gòu)中相鄰的所述二維框架單元具有共享邊。

更進(jìn)一步地，包括多個(gè)所述三維結(jié)構(gòu)單元，相鄰的所述三維結(jié)構(gòu)單元之間使用同一個(gè)所述二維框架單元。

作為另一種方案，包括三維結(jié)構(gòu)單元，所述三維結(jié)構(gòu)單元由三個(gè)所述二維框架單元組成，且兩兩之間形成同心、正交連接關(guān)系。

更進(jìn)一步地包括多個(gè)所述三維結(jié)構(gòu)單元，相鄰的所述三維結(jié)構(gòu)單元之間具有相同的正交的兩個(gè)所述二維框架單元的支撐桿。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種機(jī)械性能可調(diào)的桁架結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟：

S1：在二維平面上使用三段相同長(zhǎng)度為L(zhǎng)的支撐桿構(gòu)造“Z”字形結(jié)構(gòu)，使所述Z”字形結(jié)構(gòu)具有相同的設(shè)計(jì)角α；

S2：使用若干所述“Z”字形結(jié)構(gòu)鏡像相接組合成對(duì)稱(chēng)的二維框架單元；

S3：使用所述二維框架單元構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)單元。

進(jìn)一步地，還包括步驟：使用6個(gè)所述二維框架單元以共享邊的方式構(gòu)成六面體結(jié)構(gòu)的所述三維結(jié)構(gòu)單元。

在另一種方案中，還包括步驟：使用三個(gè)所述二維框架單元以?xún)蓛芍g同心、正交的方式組成所述三維結(jié)構(gòu)單元。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：本發(fā)明具有負(fù)泊松比特性和較高的孔隙率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)模型的幾何參數(shù)來(lái)調(diào)整和控制桁架結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，本發(fā)明能夠設(shè)計(jì)和制造具有很高孔隙率和具有負(fù)泊松比特性的特殊應(yīng)用材料，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療人造骨結(jié)構(gòu)、航天航空等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中的單個(gè)三維結(jié)構(gòu)示意圖；