[發(fā)明專利]雙穩(wěn)態(tài)胞元及具有多層級(jí)結(jié)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110371999.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112963479B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉雁;王宇嘉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F7/00
• 分類號(hào): F16F7/00
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N雙穩(wěn)態(tài)胞元及具有多層級(jí)結(jié)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)，所述雙穩(wěn)態(tài)胞元為中空的回轉(zhuǎn)體，所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向中間部分的徑向尺寸大于軸向兩端部分的徑向尺寸，所述雙穩(wěn)態(tài)胞元包括：第一圓臺(tái)部，所述第一圓臺(tái)部的內(nèi)側(cè)面與垂直于所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向的平面的夾角為45至70度；第二圓臺(tái)部，所述第二圓臺(tái)部的內(nèi)側(cè)面與垂直于所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向的平面的夾角為50至85度；第一弧面部，通過(guò)所述第一弧面部使所述第一圓臺(tái)部和所述第二圓臺(tái)部連續(xù)過(guò)渡地連接，所述第一弧面部的壁厚小于所述第一圓臺(tái)部和/或所述第二圓臺(tái)部的壁厚。通過(guò)采用上述技術(shù)方案，雙穩(wěn)態(tài)胞元的弧面部由厚度連續(xù)變化的曲面組成，避免了較高的應(yīng)力集中而導(dǎo)致的失效。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于多穩(wěn)態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別涉及一種雙穩(wěn)態(tài)胞元及具有多層級(jí)結(jié)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)具有多個(gè)變形后穩(wěn)定的狀態(tài)，在外力載荷作用下，多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可以從初始構(gòu)型變形為另一變形構(gòu)型，并在卸載后保持該變形構(gòu)型，并存儲(chǔ)一定的彈性應(yīng)變能。在施加反向載荷時(shí)，變形構(gòu)型可以恢復(fù)到初始構(gòu)型，使多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在外力作用下可以在不同穩(wěn)態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)換。

多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在隔振、能量吸收及可編程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可以將外界輸入的能量轉(zhuǎn)化為彈性應(yīng)變能，相比于傳統(tǒng)的能量耗散機(jī)制，如金屬的塑性變形、陶瓷的脆性斷裂以及率相關(guān)的粘性變形過(guò)程等，多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在材料的可重復(fù)利用方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)發(fā)明專利CN109826892B公開(kāi)了一種可重復(fù)使用的多穩(wěn)態(tài)吸能陣列組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以承受沖擊載荷并實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，但其吸能模塊簡(jiǎn)單地重復(fù)陣列排布且互不干涉使得該結(jié)構(gòu)僅在一個(gè)方向具有多穩(wěn)態(tài)，在可能承受多方向載荷的工況下存在一定的局限性。

此外，已有的多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)所采用的雙穩(wěn)態(tài)胞元多由桿件及其他一些連接件構(gòu)成，桿件與桿件相交的節(jié)點(diǎn)處、連接件處以及材料厚度發(fā)生突變的位置會(huì)存在較大的應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)旨在提出一種雙穩(wěn)態(tài)胞元，使雙穩(wěn)態(tài)胞元不易出現(xiàn)應(yīng)力集中而導(dǎo)致的失效。

本申請(qǐng)還提出一種具有多層級(jí)結(jié)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)，使其可以承受多個(gè)方向的載荷，并且可以在多個(gè)方向上具有多穩(wěn)態(tài)。

本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N雙穩(wěn)態(tài)胞元，所述雙穩(wěn)態(tài)胞元為中空的回轉(zhuǎn)體，所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向中間部分的徑向尺寸大于軸向兩端部分的徑向尺寸，

所述雙穩(wěn)態(tài)胞元包括：

第一圓臺(tái)部，所述第一圓臺(tái)部的內(nèi)側(cè)面與垂直于所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向的平面的夾角為45至70度；

第二圓臺(tái)部，所述第二圓臺(tái)部的內(nèi)側(cè)面與垂直于所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向的平面的夾角為50至85度；

第一弧面部，通過(guò)所述第一弧面部使所述第一圓臺(tái)部和所述第二圓臺(tái)部連續(xù)過(guò)渡地連接，所述第一弧面部的壁厚小于所述第一圓臺(tái)部和/或所述第二圓臺(tái)部的壁厚。

優(yōu)選地，在所述雙穩(wěn)態(tài)胞元受到軸向壓縮載荷時(shí)，所述第一圓臺(tái)部能以所述第一弧面部為轉(zhuǎn)折點(diǎn)翻折伸入到該雙穩(wěn)態(tài)胞元的第二圓臺(tái)部112中，從而使所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向長(zhǎng)度減小。

優(yōu)選地，所述雙穩(wěn)態(tài)胞元還包括第二弧面部和第三弧面部，所述第二弧面部和所述第三弧面部位于所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向兩端，所述第二弧面部和所述第三弧面部的厚度均小于所述第一圓臺(tái)部和/或所述第二圓臺(tái)部的壁厚，

所述雙穩(wěn)態(tài)胞元的軸向兩端的直徑相同，在多個(gè)所述雙穩(wěn)態(tài)胞元依次連接的狀態(tài)下，所述第二弧面部和所述第三弧面部連續(xù)過(guò)渡地相連。

優(yōu)選地，所述第一弧面部、所述第二弧面部和所述第三弧面部的厚度均連續(xù)變化，使所述第一圓臺(tái)部和所述第二圓臺(tái)部連續(xù)過(guò)渡地連接。