[發(fā)明專利]一種具有負(fù)泊松比特性的三維結(jié)構(gòu)及其組合方法

有效

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• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113525273B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李方義;陳修杰;蘇良
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號: B60R19/02
• 分類號: B60R19/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

本發(fā)明涉及一種具有負(fù)泊松比特性的三維結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)三維結(jié)構(gòu)單元，三維結(jié)構(gòu)單元包括四手性結(jié)構(gòu)單元和兩個(gè)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元；扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元包括上橫桿、下橫桿、上斜桿、下斜桿，上橫桿與上斜桿連接，下橫桿與下斜桿連接，上斜桿與下斜桿連接，上斜桿與下斜桿的水平投影重合，上橫桿與上斜桿的水平投影形成一個(gè)夾角φ；兩個(gè)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元相互垂直；四手性結(jié)構(gòu)單元包括圓環(huán)、連接桿；連接桿的一端與圓環(huán)相切，連接桿的另一端與上斜桿和下斜桿的連接點(diǎn)連接。本發(fā)明還涉及一種具有負(fù)泊松比特性的三維結(jié)構(gòu)的組合方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向負(fù)泊松比特性，屬于汽車安全設(shè)備領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車安全設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種具有負(fù)泊松比特性的三維結(jié)構(gòu)及其組合方法。

背景技術(shù)

這些年來，許多具有負(fù)泊松比特性的結(jié)構(gòu)被研發(fā)出來，例如：星型負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，箭型負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，領(lǐng)結(jié)型泊松比結(jié)構(gòu)以及手性結(jié)構(gòu)。負(fù)泊松比材料由于有著不同于普通材料的獨(dú)特性質(zhì)，材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗斷裂性能以及材料的回彈韌性都有著明顯的提高。負(fù)泊松比材料的應(yīng)用涉及多個(gè)領(lǐng)域，負(fù)泊松比材料用于制造夾芯板時(shí)，由于受彎時(shí)是向外膨脹從而吸收更多的能量，使夾芯板安全性能大大提高；負(fù)泊松比泡沫具有特殊的彈性和對聲音的吸收能力，可以用于制造隔音材料；穿戴設(shè)備類膚部件采用負(fù)泊松比材料，可使得增強(qiáng)包裹性的同時(shí)提高舒適性；目前，負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)可以從自然界中直接獲取或者通過人工合成得到。但是，由于受到制造、合成技術(shù)的制約，目前常見的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)種類還很有限(特別是三維負(fù)泊松比結(jié)構(gòu))，對于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用也還不是很廣泛。。

泊松比是指材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對值的比值，也叫橫向變形系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。負(fù)泊松比效應(yīng)，是指受拉伸時(shí)，材料在彈性范圍內(nèi)橫向發(fā)生膨脹，而受壓縮時(shí)，材料在彈性范圍內(nèi)橫向發(fā)生收縮的現(xiàn)象。負(fù)泊松比材料相比傳統(tǒng)的正泊松比材料(自然界里常見的)而言，由于具有不同于普通材料的獨(dú)特性質(zhì)，在很多方面具備了其他材料所不能比擬的優(yōu)勢，尤其是材料的物理機(jī)械性能有了很大的提高，如提高了材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗斷裂性能以及材料的回彈韌性。

研究表明汽車安全設(shè)備領(lǐng)域的前端吸能盒、A柱、B柱、C柱等部位通過塑性變形可以消耗大部分的車輛碰撞時(shí)產(chǎn)生的動能，從而有效的保護(hù)了乘員和貨物的安全，能夠有效降低交通事故中的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。傳統(tǒng)的汽車吸能盒結(jié)構(gòu)仍然是薄壁方管和薄壁圓管﹐薄壁管只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的吸能，吸能效果較差，在承受沖擊過程中軸向穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向負(fù)泊松比特性的具有負(fù)泊松比特性的三維結(jié)構(gòu)及其組合方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有負(fù)泊松比特性的三維結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)三維結(jié)構(gòu)單元，三維結(jié)構(gòu)單元包括一個(gè)水平設(shè)置的四手性結(jié)構(gòu)單元和兩個(gè)大小和結(jié)構(gòu)均相同的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元；扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元包括上橫桿、下橫桿、兩根上斜桿、兩根下斜桿，上橫桿和下橫桿水平設(shè)置，上橫桿和下橫桿的水平投影相互重合，上橫桿的兩端分別與兩根上斜桿的一端連接，下橫桿的兩端分別與兩根下斜桿的一端連接，兩根上斜桿的另一端分別與兩根下斜桿的另一端連接，兩根上斜桿分別與兩根下斜桿的水平投影相互重合，上橫桿與上斜桿的水平投影形成一個(gè)夾角φ，兩根上斜桿的水平投影相互平行；上橫桿和下橫桿的中點(diǎn)連線為轉(zhuǎn)動線，兩個(gè)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元重合放置，其中一個(gè)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元以另一個(gè)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元的轉(zhuǎn)動線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90度；四手性結(jié)構(gòu)單元包括圓環(huán)、四根連接桿；四根連接桿沿圓環(huán)的外側(cè)周向均勻分布，連接桿的一端與圓環(huán)相切，連接桿的另一端與上斜桿和下斜桿的連接點(diǎn)連接。

作為一種優(yōu)選，夾角φ為0°＜φ≤45°。

作為一種優(yōu)選，扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)單元還包括連接塊，上斜桿和下斜桿通過連接塊連接，連接塊為立方體結(jié)構(gòu)，上斜桿與連接塊的頂端連接，下斜桿與連接塊的底端連接，連接桿與連接塊的側(cè)面連接。