[發(fā)明專利]一種嵌套式離散裝配機械超構材料

在審

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• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115059867A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設計）人: 付君健;舒正濤;蒙永根;周祥曼
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: F16S5/00
• 分類號: F16S5/00;F16B7/18
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發(fā)明公開了一種嵌套式離散裝配機械超構材料，該機械超構材料由內單胞和外單胞嵌套裝配而成；內單胞為八面體構型，包括3片環(huán)塊；外單胞為立方體構型，包括6片十字形片體和12個L形角碼；內單胞和外單胞通過第一螺栓組和第二螺栓組進行連接形成一個完整的機械超構材料單胞，或多個機械超構材料單胞通過第三螺栓組和第四螺栓組進行周期性裝配形成大尺寸機械超構材料。離散的單胞零件可以采用傳統(tǒng)的生產工藝進行大批量制備，有效降低了生產成本，離散裝配方式也進一步消除了加工工藝及加工尺寸的限制。

技術領域

本發(fā)明屬于機械超構材料領域，更具體地，涉及一種嵌套式離散裝配機械超構材料。

背景技術

機械超構材料又稱力學超構材料或超結構，是一類自然界中不存在的，但具有特殊性能的人造材料。通過合理地設計超構材料內部微結構或重復單元構型，能夠有效地調控超構材料的各項性能，如負泊松比、負熱膨脹、輕質高強等，機械超構材料在熱學和力學工程應用等方面有著廣泛的應用前景。

機械超構材料具有優(yōu)良的機械性能，但仍然面臨著幾何構型復雜、性能調控困難、常規(guī)工藝難以制備的難點。其一，機械超構材料功能特性與結構幾何構型之間耦合規(guī)律復雜，性能調控主要依賴于其幾何拓撲構型。因此，如何實現(xiàn)具有超輕、超強、超剛等特性的機械超構材料設計，一直是科學與工程中追求的目標；其二，常規(guī)制造工藝，如鑄造、熱注塑、機加工等難以實現(xiàn)拓撲構型復雜的零部件制備。因此，目前超構材料的制備主要依賴于增材制造技術。但特殊工藝和設備將導致機械超構材料加工成本高昂，且受到設備自身尺寸的限制，難以低成本實現(xiàn)大尺寸、大批量機械超構材料的生產；其三，隨著對結構性能和功能要求越來越苛刻，均質材料制備（結構由同一種材料制備）的零件已難以滿足產品的設計要求，但受限于現(xiàn)有制造工藝，多材料制備技術一直是領域內具有挑戰(zhàn)性的研究課題。綜上，如何實現(xiàn)高性能機械超構材料構型設計、突破制造工藝限制是超構材料面向實際工程應用亟待解決的難題。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種嵌套式離散裝配機械超構材料，該機械超構材料由內單胞和外單胞通過螺栓裝配而成。內單胞為八面體構型，包括3片環(huán)塊，外單胞為立方體構型，包括6片十字形片體和12個L形角碼。內外單胞通過螺栓組進行連接，從而形成一個完整的單胞，多個機械超構材料單胞又可通過螺栓組進行周期性裝配連接。離散的單胞零件可以采用傳統(tǒng)的生產工藝進行大批量制備，有效降低了生產成本，離散裝配方式也進一步消除了加工工藝及加工尺寸的限制。此外，相比較于內/外機械超構材料單胞，所設計的離散裝配機械超構材料的力學性能顯著增強，展現(xiàn)出輕質高強的機械特性。

為了實現(xiàn)上述技術效果，本發(fā)明提供一種嵌套式離散裝配機械超構材料，一種嵌套式離散裝配機械超構材料，該機械超構材料由內單胞和外單胞嵌套裝配而成；內單胞為八面體構型，包括3片環(huán)塊；外單胞為立方體構型，包括6片十字形片體和12個L形角碼；內單胞和外單胞通過第一螺栓組和第二螺栓組進行連接形成一個完整的機械超構材料單胞，或多個機械超構材料單胞通過第三螺栓組和第四螺栓組進行周期性裝配形成大尺寸機械超構材料。

所述內單胞包括第一環(huán)塊、第二環(huán)塊和第三環(huán)塊；所述第一環(huán)塊和第三環(huán)塊外形呈正方形，第二環(huán)塊外形呈菱形形狀；所述環(huán)塊均具有一定的厚度，3個環(huán)塊按照一定的裝配順序嵌套組裝。

所述第一環(huán)塊和第三環(huán)塊呈中心對稱構型，分別設有4個第一安裝孔，所述第一安裝孔為通孔，設置在與x、y軸平行方向的短邊中心位置上；所述第二環(huán)塊呈軸對稱構型，設有4個第二安裝孔，所述第二安裝孔為通孔，設置在與x、y軸平行方向的短邊中心位置上。