[發明專利]大拉伸量下具有可調節拉脹特性的剪紙超材料及其設計方法

有效

• 申請號: 202110278090.0
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112949136B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 王毅強;杜琛;亢戰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種大拉伸量下具有可調節拉脹特性的剪紙超材料，其特征在于，所述剪紙超材料(1)由多個有序排布的方形單胞(2)構成，所述有序排布指：多個方形單胞(2)在剪紙超材料(1)內周期性、梯度性或非規則性排布，對應的剪紙超材料(1)分別具有均勻拉脹特性、梯度拉脹特性和指定非均勻拉脹特性；

所述的方形單胞(2)邊長L、厚度t，由一個1/4方形域(3)和由該1/4方形域分別沿著單胞內部的x軸/y軸(6)鏡像得到的另外三個1/4方形域組成；所述的一個1/4方形域(3)中預置兩條形狀相同的剪口(5)，兩條剪口(5)之間滿足沿該1/4方形域中心旋轉對稱；在一個完整的方形單胞(2)中，所有剪口(5)的布局滿足沿單胞中心點反手性對稱；

所述的一個1/4方形域(3)中的所有剪口(5)均具有均勻寬度w，其中一條剪口(5)的一個剪口尖端(4)位于所述1/4方形域的一個頂點(11)，另一個剪口尖端(4)呈圓弧狀，其半徑為w/2，位于所述1/4方形域內部；所述的一條剪口(5)為細長的三段折線型，從1/4方形域一個頂點(11)起，由直線型的剪口首段(7)、剪口中段(8)和剪口末段(9)三部分組成，并由以下剪口參數描述：剪口首段(7)、中段(8)和末段(9)的中心線(10)的長度分別為L₁、L₂和L₃；所述剪口首段(7)與所述1/4方形域(3)底部邊界夾角為θ₁，剪口中段(8)與y軸平行，剪口中段(8)與剪口末段(9)的相對夾角為θ₂，且θ₂始終位于所述剪口的中段(8)靠近單胞邊界的一側；

所述的方形單胞(2)構型的幾何參數取值范圍如下：參數t/L的變化范圍為0.0033-0.0167；參數L₁/L的變化范圍為0.33-0.44；參數L₂/L的變化范圍為0.08-0.39；參數L₃/L的變化范圍為0.10-0.29；參數θ₂的變化范圍為60°-160°；參數w/L的變化范圍為0.001-0.033；參數θ₁的變化范圍為0°-11.5°，且當θ₁=0°時，剪口首段(7)的中心線(10)與1/4方形域(3)的邊界重疊，此時剪口首段(7)的寬度為w/2。

2.根據權利要求1所述的一種大拉伸量下具有可調節拉脹特性的剪紙超材料，其特征在于，所述剪紙超材料(1)的基體材料選用金屬或高分子聚合物，采用刀刻、激光切割、水切割或3D打印技術制造。