[實用新型]一種三維壓扭結構

有效

• 申請號: 201921653269.4
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN211502307U
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 劉海濤;王彥斌
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: F16S5/00
• 分類號: F16S5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提供一種三維壓扭結構，其幾何特征是：通過一種中心對稱的六邊形胞元緊密排列于一個平面，再將平面彎曲成圓柱面而成；也可以認為是從一個沒有頂面和底面的由一定厚度圓柱外殼上不斷挖去上述的中心對稱的六邊形而得到。其胞元是一種較為規則的六邊形，而且各胞元之間沒有空隙地連接起來，公用了桿件從而使得結構排列得非常緊湊。胞元的高為L_y，寬為L_x，端點兩點偏離豎直對稱軸的距離為a，偏離與其相鄰的兩端點連線的距離為b。事實上，可以在不改變胞元在受力時上下桿左右偏移的形變機制的情況下對胞元的形狀進行優化，如以曲帶直可以減低本結構的等效彈性模量且增加本結構的彈性。本三維壓扭結構的壓扭效果好，工作穩定。

技術領域

本實用新型涉及機械超材料領域，特別是一種三維壓扭結構。

背景技術

超材料并不是一種天然材料，而是一種人造結構，通過對機構巧妙的設計賦予其優于普通材料的力學性能，甚至能使其擁有天然材料不存在的力學特性。負泊松比結構，聲學隱形結構，手性結構等等都屬于超材料的范圍。

壓扭結構是一種在受到軸向壓縮或拉伸時，其橫截面會發生扭轉的結構，Tobias等在2017年發表在Science上文章提出了一種的三維壓扭結構，是通過一種六面體單胞陣列而成的，在軸向受到壓力時，由于其三維結構的變形機制，各個單胞相對于旋轉中心繞同一個方向旋轉，以達到受壓扭轉的效果。Zhong等在Composite Structures公布了一種基于斜桿將軸向壓縮(或張力)轉化為扭轉的手性機理，用斜桿作為產生壓扭效應的一種三維壓扭結構。最近提出的新的壓扭結構，也大多是基于斜桿而進行設計的。

現有的壓扭結構存在的主要問題有：

1)不同的胞元受力產生的線性變化相同，但大多數壓扭結構布置方式導致其各胞元距離旋轉中心的距離不同，作用效果存在干涉；

2)采用許多獨立連桿進行組合，結構設計的優化空間較大；

3)多是二維結構在第三個方向上簡單的陣列而成，設計方法較單一而且壓扭效果有限。

發明內容

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種三維壓扭結構。該結構在受到軸向壓縮或拉伸時，其橫截面會發生扭轉，且設計緊湊，工作穩定。

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種三維壓扭結構，其幾何特征是：通過一種中心對稱的六邊形胞元緊密排列于一個平面，再將平面彎曲成圓柱面而成。

所述三維壓扭結構，也可以認為從一個沒有頂面和底面的有一定厚度的圓柱外殼上不斷挖去上述中心對稱的六邊形而得到的。

所述六邊形胞元，其幾何特征是：在一個能構成矩形的四個點中增加兩個關于矩形幾何中心中心對稱的兩個點，再用這六個點構成一個六邊形。

附圖說明

圖1是三維壓扭結構的示意圖。

圖2是三維壓扭結構的二維展開圖。

圖3是三維壓扭結構的胞元幾何尺寸。

圖4是三維壓扭結構的變形示意圖。

具體實施方式

為能進一步描述發明的發明內容、特點及功能，現例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

如圖1所示，本實用新型提供一種三維壓扭結構，其幾何特征是：通過一種中心對稱的六邊形胞元緊密排列于一個平面，再將平面彎曲成圓柱面而成；也可以認為是從一個沒有頂面和底面的由一定厚度圓柱外殼上不斷挖去上述的中心對稱的六邊形而得到。