[發(fā)明專利]一種具有負泊松比的吸能超結(jié)構(gòu)單體以及吸能超結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113757290B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬洪業(yè);王珂;趙海峰;穆瑞楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心
• 主分類號: F16F7/12
• 分類號: F16F7/12
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 吳佳

本發(fā)明涉及一種具有負泊松比的吸能超結(jié)構(gòu)單體以及吸能超結(jié)構(gòu)，吸能超結(jié)構(gòu)單體包括四角星支撐結(jié)構(gòu)以及連接在所述四角星支撐結(jié)構(gòu)四周的四對直角三角形結(jié)構(gòu)，所述四角星支撐結(jié)構(gòu)包括四條具有內(nèi)凹空間的收納邊，每條所述收納邊對應(yīng)連接有一對所述直角三角形結(jié)構(gòu)；每對直角三角形結(jié)構(gòu)的銳角角位通過連接區(qū)域進行連接，每對直角三角形結(jié)構(gòu)剩余的兩個銳角角位分別通過連接區(qū)域與四角星支撐結(jié)構(gòu)的一條收納邊的兩端角通過連接區(qū)域進行連接。本發(fā)明的吸能超結(jié)構(gòu)單體，可吸收沖擊帶來的能量；通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)可實現(xiàn)不同的吸能效果，具有可自恢復(fù)的單穩(wěn)態(tài)吸能，具有更高吸能效果的雙穩(wěn)態(tài)吸能；可實現(xiàn)負泊松比，用于結(jié)構(gòu)變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及吸能相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有負泊松比的吸能超結(jié)構(gòu)單體以及吸能超結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

利用彈性不穩(wěn)定性原理進行吸能和減振日益受到人們的關(guān)注。因為此類系統(tǒng)的機械變形完全可逆，即響應(yīng)是在材料的彈性范圍內(nèi)工作的。通常這些系統(tǒng)由多穩(wěn)態(tài)單元串聯(lián)構(gòu)成，其加載時的響應(yīng)是以漸進的方式進行的。當單個多穩(wěn)態(tài)單元在位移控制條件下加載時，會由于幾何非線性呈現(xiàn)出一段負剛度區(qū)域。這些重復(fù)的串聯(lián)單元體在連續(xù)快速的屈曲過程中可實現(xiàn)力-變形的滯后響應(yīng)，從而實現(xiàn)彈性吸能和能量耗散。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有負泊松比的吸能超結(jié)構(gòu)單體以及吸能超結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可吸收沖擊帶來的能量，且其負泊松比的性質(zhì)可用于結(jié)構(gòu)的變形。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種具有負泊松比的吸能超結(jié)構(gòu)單體，包括四角星支撐結(jié)構(gòu)以及連接在所述四角星支撐結(jié)構(gòu)四周的四個屈曲變形結(jié)構(gòu)，所述四角星支撐結(jié)構(gòu)包括四條具有內(nèi)凹空間的收納邊，每條所述收納邊對應(yīng)連接有一個所述屈曲變形結(jié)構(gòu)；

每個所述屈曲變形結(jié)構(gòu)包括一對直角三角形結(jié)構(gòu)，每對直角三角形結(jié)構(gòu)的銳角角位通過連接區(qū)域進行連接，每對直角三角形結(jié)構(gòu)剩余的兩個銳角角位分別通過連接區(qū)域與四角星支撐結(jié)構(gòu)的一條收納邊的兩端角通過連接區(qū)域進行連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的吸能超結(jié)構(gòu)單體，可吸收沖擊帶來的能量；通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)可實現(xiàn)不同的吸能效果，具有可自恢復(fù)的單穩(wěn)態(tài)吸能，具有更高吸能效果的雙穩(wěn)態(tài)吸能；可實現(xiàn)負泊松比，用于結(jié)構(gòu)變形。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，所述四角星支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹空間呈V型結(jié)構(gòu)或圓弧形結(jié)構(gòu)。

采用上述進一步方案的有益效果是：采用V型結(jié)構(gòu)或圓弧形結(jié)構(gòu)均能將變形合攏后的一對直角三角形結(jié)構(gòu)進行收納。

進一步，相互連接的一對直角三角形結(jié)構(gòu)的銳角角位角度為β，該對直角三角形結(jié)構(gòu)與四角星支撐結(jié)構(gòu)連接的銳角角位角度為α，α＜β。

進一步，2α＝β。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過對角度進行限制，形態(tài)更加穩(wěn)定。

進一步，所述四角星支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)凹空間的角度為γ，γ＝2β。

采用上述進一步方案的有益效果是：合攏后的四角星支撐結(jié)構(gòu)與直角三角形結(jié)構(gòu)之間的配合更加穩(wěn)定緊密。

一種具有負泊松比的吸能超結(jié)構(gòu)，包括多個所述的吸能超結(jié)構(gòu)單體，多個所述吸能超結(jié)構(gòu)單體的直角三角形結(jié)構(gòu)相互連接，其中一個吸能超結(jié)構(gòu)單體的一對直角三角形結(jié)構(gòu)的直角角位與相鄰吸能超結(jié)構(gòu)單體的一對直角三角形結(jié)構(gòu)的直角角位通過連接區(qū)域?qū)?yīng)連接，使這兩對直角三角形結(jié)構(gòu)的直角邊合圍成一類四邊形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明吸能超結(jié)構(gòu)，可吸收沖擊帶來的能量；通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)可實現(xiàn)不同的吸能效果，具有可自恢復(fù)的單穩(wěn)態(tài)吸能，具有更高吸能效果的雙穩(wěn)態(tài)吸能；可實現(xiàn)負泊松比，用于結(jié)構(gòu)變形。