[實(shí)用新型]一種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201922278060.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN211513372U
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任鑫;羅薈琛;王仕龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A63B71/12
• 分類號(hào): A63B71/12;A63B71/08;G06F30/17
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本實(shí)用新型公開了一種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)具，包括護(hù)圈部分和襯墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。護(hù)圈部分具有周期的孔洞結(jié)構(gòu)。護(hù)具襯墊由內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且內(nèi)凹蜂窩胞元的上下壁具有周期性的孔洞結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型通過護(hù)圈部分的設(shè)計(jì)可以起到穿戴舒適的效果，減小對(duì)腿部或者手臂的作用力，護(hù)圈受到拉力會(huì)往外擴(kuò)張方便使用者穿脫。通過襯墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以提高襯墊的抗壓性能，并且使其很好地貼合身體，減小使用者活動(dòng)時(shí)造成的影響。在增加護(hù)具保護(hù)面積的同時(shí)，簡(jiǎn)化了制造工藝并使護(hù)具整體保持良好的曲面同向性和穿戴的舒適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種通過設(shè)計(jì)具有負(fù)泊松比穿孔結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)具，屬于新材料和新結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

護(hù)具是一種常見的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的護(hù)具護(hù)圈部分由彈性的紡織材料構(gòu)成，比較緊繃，張力較大，對(duì)于體型偏胖的使用者穿戴極為不便，穿戴時(shí)用力地拉扯會(huì)造成對(duì)護(hù)具的損壞。戴在手臂或者腿部的時(shí)間過長(zhǎng)，使用者也會(huì)感覺非常不適。護(hù)具的襯墊面積或者厚度過大會(huì)影響使用者手臂或者腿部的行動(dòng)。

負(fù)泊松比材料和結(jié)構(gòu)具有特殊的力學(xué)特性，其在單軸壓力(拉力)作用下發(fā)生橫向收縮(膨脹)。穿孔板結(jié)構(gòu)是負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)重要的一類，通過對(duì)薄片結(jié)構(gòu)設(shè)置不同形狀和分布的切孔，可以得到不同微結(jié)構(gòu)的穿孔板結(jié)構(gòu)，其二維材料在拉伸和壓縮時(shí)可表現(xiàn)出負(fù)泊松比行為。穿孔板結(jié)構(gòu)具有很大的靈活性，而不規(guī)則分布的穿孔、多級(jí)穿孔設(shè)置等設(shè)計(jì)賦予了穿孔板結(jié)構(gòu)更多的設(shè)計(jì)靈活性。

本實(shí)用新型將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)和3D打印技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)具，護(hù)圈在軸向受拉以及襯墊在受壓和受彎的情況下可以分別表現(xiàn)出負(fù)泊松比變形性能。通過護(hù)圈部分的設(shè)計(jì)可以起到穿戴舒適的效果，減小對(duì)腿部或者手臂的作用力，護(hù)圈受到拉力會(huì)往外擴(kuò)張方便使用者穿脫。通過襯墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以提高襯墊的抗壓性能，并且讓襯墊具備良好的曲面同向性，使用者活動(dòng)時(shí)，襯墊能夠很好地貼合身體，減小襯墊因面積或者厚度較大帶來的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有護(hù)具的不足，利用負(fù)泊松比材料和負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)制造一種護(hù)具。護(hù)具的護(hù)圈部分受到拉力時(shí)會(huì)向外擴(kuò)張，從而便于使用者穿脫。護(hù)圈多孔的結(jié)構(gòu)也會(huì)提高使用者穿戴的舒適性。襯墊具有曲面同向性，使用者彎曲手臂或腿部時(shí)，襯墊不會(huì)對(duì)使用者造成干擾。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)具，包括具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)圈和襯墊，所述護(hù)圈為圓柱形，所述襯墊的橫截面為圓弧形，襯墊套設(shè)在護(hù)圈的外面；

所述護(hù)圈具有周期性橫豎交替的孔洞結(jié)構(gòu)；

所述襯墊由具有周期性的內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)組成，并且內(nèi)凹蜂窩胞元的上下壁具有周期性橫豎交替的孔洞結(jié)構(gòu)；

所述護(hù)圈的縱向長(zhǎng)度L1與襯墊的縱向長(zhǎng)度L2的關(guān)系滿足：0.87≥L2/L1≥0.67；

所述護(hù)圈的厚度T1滿足：3mm≥T1≥1mm；

所述襯墊的厚度T2滿足：20mm≥T2≥8mm；

所述護(hù)圈橫截面的半徑R滿足：80mm≥R≥55mm；

所述襯墊橫截面的圓弧弧度θ滿足：200°≥θ≥120°。

作為優(yōu)選，所述護(hù)圈和襯墊的孔洞結(jié)構(gòu)的孔洞形狀為橢圓形、多邊形或旋轉(zhuǎn)正方形。

上述一種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的護(hù)具的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)使用者腿部或者手臂的尺寸，確定護(hù)具各組成部分的形狀和尺寸，包括護(hù)圈厚度T1、長(zhǎng)度L1、橫截面半徑R，襯墊的厚度T2、長(zhǎng)度L2以及襯墊橫截面的圓弧弧度θ；

2)設(shè)計(jì)護(hù)具護(hù)圈部分具有周期性橫豎交替的孔洞結(jié)構(gòu)，并使護(hù)圈在滿足3D打印要求的情況下，盡量減小孔洞的間距，在確定尺寸后選用TPU、PLA或PVA為基材進(jìn)行3D打印制造；