[發(fā)明專利]一種具有任意曲邊的負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110055833.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN112762124A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐峰祥;虞科炯;管一杰;牛小強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F7/12
• 分類號(hào): F16F7/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

本發(fā)明提供了一種具有任意曲邊的負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：每個(gè)單胞結(jié)構(gòu)由兩條曲邊以及兩條豎邊構(gòu)成異形平面四邊形，曲邊上下對(duì)稱夾置于兩側(cè)豎臂之間，兩側(cè)豎臂左右對(duì)稱，且曲邊與豎臂夾角小于90度；每個(gè)單胞結(jié)構(gòu)沿水平方向復(fù)制，并沿豎直方向交錯(cuò)復(fù)制方式設(shè)置。本發(fā)明具有良好的負(fù)泊松比效應(yīng)，在受載時(shí)相對(duì)于內(nèi)凹六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，能夠顯著降低峰值沖擊力，即更大的壓縮力效率，具有更優(yōu)異的吸能能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及力學(xué)超材料領(lǐng)域，尤其涉及一種任意曲邊的負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

泊松比的概念由法國(guó)科學(xué)家泊松最先發(fā)現(xiàn)并提出，是指材料在單向受拉或受壓時(shí)，材料沿載荷方向產(chǎn)生伸長(zhǎng)(或縮短)變形的同時(shí)，在垂直于載荷的方向會(huì)產(chǎn)生縮短(或伸長(zhǎng))變形。垂直方向上的應(yīng)變與載荷方向上的應(yīng)變之比的負(fù)值稱為材料的泊松比。

對(duì)于大部分材料而言，通常認(rèn)為如果它在一個(gè)方向上被拉伸(壓縮)，其在橫向截面內(nèi)會(huì)發(fā)生收縮(膨脹)。負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)在承受軸向載荷時(shí)，卻表現(xiàn)出相反的特性，其泊松比為負(fù)值，因此負(fù)泊松比材料結(jié)構(gòu)引起了廣泛的關(guān)注。該特性產(chǎn)生的宏觀效應(yīng)就是所述材料在受載時(shí)局部密度增加可以聚集更多材料抵抗載荷，從而產(chǎn)生更高的彈性模量、剪切模量、剪切模量、儲(chǔ)能模量，更好的回彈韌性和抗斷裂性能，且在載荷作用下隨著負(fù)泊松比效應(yīng)的增強(qiáng)而提高。因此負(fù)泊松比材料結(jié)構(gòu)在抗沖擊、耐變形破壞部件設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

在沖擊載荷作用下，不同的胞元結(jié)構(gòu)形式將對(duì)材料局部動(dòng)態(tài)力學(xué)行為產(chǎn)生顯著影響。目前，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)普遍以以內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)為主，因此，需要新的胞元結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)負(fù)泊松比多胞材料變形機(jī)理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明鑒于以上的技術(shù)問題，提出了一種具有任意曲邊的新型負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更好的壓縮力效率以及吸能能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

一種具有任意曲邊的負(fù)泊松比蜂窩結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：每個(gè)單胞結(jié)構(gòu)由兩條平滑曲邊以及兩條豎邊構(gòu)成異形平面四邊形，曲邊上下對(duì)稱夾置于兩側(cè)豎臂之間，兩側(cè)豎臂左右對(duì)稱，且曲邊與豎臂夾角小于90度；每個(gè)單胞結(jié)構(gòu)沿水平方向復(fù)制，并沿豎直方向交錯(cuò)復(fù)制方式設(shè)置。

具體的各單胞結(jié)構(gòu)由兩條上下對(duì)稱曲邊以及曲邊兩頭的對(duì)稱豎臂形成封閉四邊形，多個(gè)單胞結(jié)構(gòu)在水平方向上通過首尾共享豎臂的方式連接，從而在水平方向上延伸形成一個(gè)連續(xù)的單元層；多個(gè)單元層在垂直方向通過共享曲邊的方式相互連接。

進(jìn)一步的，所述曲邊形狀為正弦函數(shù)、冪函數(shù)中的一種或多種提取線。

進(jìn)一步的，所述曲邊形狀為冪函數(shù)的一種提取線，該提取線取一段平滑冪函數(shù)曲線并做180度復(fù)制翻轉(zhuǎn)，再做軸對(duì)稱得到曲邊，使得該曲邊的兩端與所連接的豎臂直邊的夾角小于90度。

進(jìn)一步的，所述曲邊形狀為冪函數(shù)的一種提取線，該提取線來自于對(duì)一段平滑冪函數(shù)曲線進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后平移并與翻轉(zhuǎn)前曲線相切連為一段曲連線，并使得該曲連線兩端與所連接的豎臂直邊夾角小于90度。

進(jìn)一步的，所述曲邊形狀為正弦函數(shù)提取線，設(shè)定周期的正弦曲線軸對(duì)稱后形成曲邊，并且曲邊兩端與所連接的豎臂夾角小于90度。

進(jìn)一步的，曲邊為一個(gè)周期長(zhǎng)度的正弦曲線。

進(jìn)一步的，所述曲邊和豎臂為薄殼。

進(jìn)一步的，曲邊和豎臂由沖壓、擠壓或3D打印成型方式中的至少一種制成。

進(jìn)一步的，曲邊和豎臂的制備材料為金屬鋁。