[發明專利]基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構及其制造方法

在審

• 申請號: 202210039743.4
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114352488A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 王冰;吳濤;趙陳敏;鐘舜聰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: F03D80/00
• 分類號: F03D80/00;F03D7/00;B62D35/00;B62D37/02;B64C3/38;B64C9/14;B64C27/473;B64C27/72
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 黃詩錦;蔡學俊

1.一種基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：包括環形狀的結構本體，所述結構本體包含四個首尾相連的周側薄殼和豎設在四個周側薄殼內部的中間薄殼，所述周側薄殼和中間薄殼均為多穩態復合材料薄殼；所述結構本體的上、下兩端均經由中間薄殼、兩個周側薄殼沿同曲率方向卷曲形成固定節點，結構本體的左、右兩端均經由兩根周側薄殼沿同曲率方向卷曲形成可動節點。

2.根據權利要求1所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述多穩態復合材料薄殼包括兩段長度不同、卷曲方向相反的雙穩態復合材料薄殼段；所述固定節點與可動節點之間由周側薄殼的長端展開部分形成的周側懸臂相連接，兩個固定節點之間由中間薄殼的長端展開部分形成的中間懸臂相連接。

3.根據權利要求2所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述可動節點和固定節點可采用環氧樹脂膠接或機械連接，可動節點包括左可動節點和右可動節點，所述左可動節點和右可動節點均由兩根周側薄殼的長端沿同曲率方向卷曲組成；所述固定節點包括上固定節點和下固定節點，所述上固定節點由兩個周側薄殼的短端和中間薄殼的短端沿同曲率方向卷曲組成；所述下固定節點由兩個周側薄殼的短端和中間薄殼的長端沿同曲率方向卷曲組成。

4.根據權利要求3所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述多穩態復合材料薄殼的長度為L，多穩態復合材料薄殼的長端長度為L₁、短端長度為L₂，多穩態復合材料薄殼的長端卷曲長度為L₀，r為多穩態復合材料薄殼卷曲穩態的曲率半徑，其中：L=L₁+L₂，3πr≤L₁＜L?L₂，3πr≤L₂＜L₁。

5.根據權利要求4所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述多穩態復合材料薄殼的任意端橫截面均為圓弧狀，且圓心角為θ，30°≤θ≤300°。

6.根據權利要求4所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述多穩態復合材料薄殼的厚度δ與曲率半徑r之比小于1/20。

7.根據權利要求4所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述周側懸臂的長度為l₁，其中l₁=L₁?L₀，l₁≥4πr；所述中間懸臂的長度為l₂，l₂=L₁?L₀，l₂≥4πr。

8.根據權利要求3所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：所述左可動節點兩側周側懸臂之間的夾角為α，其中15°≤α＜165°；所述右可動節點兩側周側懸臂之間的夾角為β，其中15°≤β＜165°。

9.根據權利要求2所述的基于多穩態復合材料薄殼的手性可變形結構，其特征在于：在可動節點上兩個周側懸臂同向相切，在固定節點上周側懸臂與中間懸臂同向相切，在無負載狀態下，相鄰切點間劣弧的弧長均為節點周長的六分之一。

10.一種如權利要求2中所述的多穩態復合材料薄殼的制作方法，其特征在于：制作時，將復合材料預浸料的兩端以相反的方向呈S型分別卷曲于兩根半徑為r的圓柱形模具上，其中一端卷曲長度為L₁，另一端卷曲長度為L₂；之后置于120℃烘箱內熱處理90分鐘使其固化，待完全冷卻后，將所得復合材料結構完全展開，置于120℃烘箱內二次處理10分鐘，即得所述多穩態復合材料薄殼。