[发明专利]一种双稳态壳结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种双稳态壳结构及其制造方法。本发明的所述双稳态壳结构包括壳本体和筋结构；所述筋结构埋覆于所述壳本体内部或凸出于所述壳本体至少一个表面上。本发明的所述方法包括筋结构成型和壳本体成型；其中，所述筋结构成型的方法包括预埋材料成型或通过模具预成型；本发明的所述双稳态壳结构能有效提高双稳态壳结构的刚度、强度和形态转变效率，而且因为是局部设置的筋结构，也不会大幅度增加双稳态壳结构的重量。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种双稳态壳结构及其制造方法。

背景技术

双稳态结构主要基于壳结构，是指沿壳结构表面的两个方向上，在不同时间沿两个方向可分别保持稳定弯曲形变的状态。两个状态的示意见图1，双稳态结构可以沿状态1方向(即伸展方向)伸展并不断弯曲、沿状态2方向(即收卷方向)卷曲，且两个状态均可稳定存在。双稳态结构壳可以卷曲成管，当处于状态2时，结构所占空间很小，因此非常便于携带。当双稳态壳结构处于状态1时，结构可以充分发挥轴向的强度，提供高强度的支撑和优良的抗弯折性能，因此在状态1下结构可以作为支撑结构使用。故整体壳结构可以应用在便于携带的支撑结构。

目前，大多数的双稳态壳结构使用复合材料制造而成。因为复合材料的密度较小，不到密度2kg/m³，便于携带。对于使用复合材料的双稳态壳结构，储能主要是依靠材料发生变形后的材料形变，储能大小主要依靠形变的大小，形变包括空间的三个方向。从状态1收卷变为状态2时，状态1方向的开口边缘部位形变最大，只有当结构的储能大于一定值，才能保证从状态2转自发转换到状态1。材料的厚度越大，同样变形量时，材料的储能越大，但是如果双稳态壳体的壁厚过大，在从伸展状态向卷曲状态转变时，局部形变会大于材料的最大破坏形变，并导致壳体的破坏。同时壁厚增加会明显提高结构的重量。

因此无法通过加厚壳结构的壁厚而提高边双稳态结构的刚度，而增加壳结构局部的厚度会更高效的提高结构整体储存能量和整体刚度。例如沿轴向方向1形成较厚的筋结构可以提高整体的刚度，同时还可以控制整体重量。

因此，针对以上不足，需要提供一种既能提高结构的整体刚度又不会使结构重量明显增加的双稳态壳结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高双稳态壳结构的整体刚度又不会使壳结构的重量明显增加的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双稳态壳结构，所述双稳态壳结构包括壳本体和筋结构；

所述筋结构埋覆于所述壳本体内部或附着在所述壳本体至少一个表面上。

筋结构能有效提高双稳态壳结构的刚度、强度和形态转变效率，而且因为是局部设置的筋结构，也不会大幅度增加双稳态壳结构的重量。

对于筋结构与壳本体的结合方式，在本发明中，筋结构可以埋覆于壳本体的内部，也可以附着在壳本体至少一个表面上，例如附着在壳本体的内壁和/或外壁。

筋结构的布置在设计时可以按照壳结构的使用需要进行，例如平行于双稳态结构的伸展方向布置的筋结构会提高壳结构伸展的刚度和强度，与双稳态结构的伸展方向垂直地布置的筋结构会提高横向的刚度和强度，与双稳态结构的伸展方向斜向交叉地布置的筋结构会提高整体的扭转刚度。

优选地，所述筋结构沿所述壳本体的中心线对称分布；

所述壳本体的中心线为：

所述壳本体的中心线为：当所述双稳态壳结构沿伸展方向展开，所述双稳态壳本体在长度方向的对称轴即壳本体的中心线。

进一步优选地，所述筋结构的厚度等于所述中心线处壳本体的厚度。