[發明專利]一種超大變形的手性壓扭結構

在審

• 申請號: 202110236845.0
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113028267A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 徐凡;張曉亮;楊易凡
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: F16S5/00
• 分類號: F16S5/00;B33Y80/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于超材料技術領域，具體為一種超大變形的手性壓扭超結構。本發明手性壓扭超結構由若干胞元堆疊而成；每個胞元是由六個相同結構的面內梁組合形成的空間立方體；每個面內梁是由四根直梁、四根彎梁組合而成的四角為弧形過渡的鏤空正方形；其中，四根彎梁的一端固定于一中心圓孔處、且梁體相外等間距仿射布置、梁的彎曲方向一致，四根彎梁的另一端位于一正方形端點處；四根直梁的一端分別與四根彎梁的外端部連接，另一端分別與四根彎梁的弧形相切連接，使正方形的四個角為弧形。本發明結構受壓能產生大幅度、穩定的扭轉變形，且扭轉方向可通過手性方向調整?？捎媒ㄖO計、機械結構等行業。

技術領域

本發明屬于超材料技術領域，具體涉及一種手性壓扭結構。

背景技術

機械超材料（超結構）是指通過人為設計制造材料的周期性空間結構，使其具有超常的力學特性，例如受壓扭轉、負泊松比和零膨脹等特殊的力學性能。這種特性不僅取決于材料本身的性質，更主要依賴于人工設計的周期性微結構。超材料的出現使得人類能夠設計和制造更加符合工業需求的材料。

本發明提出一種軸向受壓后產生超大扭轉變形的力學超結構。

發明內容

本發明的目的在于提出一種軸向受壓后產生穩定、超大扭轉變形的手性壓扭結構。

本發明提出的手性壓扭超結構，在受壓時會發生穩定且顯著的扭轉變形。由若干胞元堆疊而成；每個胞元是由六個相同結構的面內梁組合成的空間立方體，如圖3所示；每個面內梁是由四根直梁、四根彎梁組合而成的四角為弧形過渡的摟空正方形，四根彎梁的一端固定于一中心圓孔處、且梁體相外等間距仿射布置、梁的彎曲方向一致，四根彎梁的一端位于一正方形端點處；四根直梁的一端分別與四根彎梁的外端連接，另一端分別與四根彎梁的弧形相切連接，使正方形的四個角為弧形，面內梁結構如圖1所示。

制備方式可以采用3D打印增材制造的方式，也可采用鑄造、焊接和切削等方式實現。

制備材料要求有較好的彈性和韌性，比如TPU。

例如，采用3D打印增材制造的方式將圖紙打印，采用水溶性支撐。打印完成后浸入水中，去除支撐材料后晾干，施加壓力即可實現軸向受壓扭轉。

本發明的優勢如下：

1、本發明的結構，受壓能產生大幅度、穩定的扭轉現象，且扭轉方向可通過手性方向調整；

2、扭轉角度靈活可控，如通過增減層數即可快速準確調控；

3、調整最大壓扭角度手段豐富，如可從梁粗細和橫向堆疊個數來調控。

相比現存的壓扭超結構，本發明提出的手性壓扭結構能夠產生更大幅度的穩定扭轉變形，可適用于更加廣泛的工業應用場景，例如：建筑設計、機械結構等行業。

附圖說明

圖1為面內結構示意圖。

圖2為面內結構三視圖。

圖3為胞元結構示意圖。

圖4為胞元三視圖。

圖5為1×1×2堆疊示意圖。

圖6為1×1×2堆疊三視圖。

圖7為4×4×8堆疊示意圖。

圖8為4×4×8堆疊三視圖。

圖9為實施例1 中1×1×2堆疊受壓初始示意圖。

圖10為實施例1中1×1×2堆疊受壓扭轉示意圖。

圖11為實施例2中4×4×8堆疊受壓初始斜視圖。

圖12為實施例2中4×4×8堆疊受壓扭轉斜視圖。

圖13為實施例2中4×4×8堆疊受壓初始前視圖。