[发明专利]一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料及其制作方法

权利要求书

1.一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料，其特征在于，该超材料包括多个呈阵列排布的单层机械超材料，相邻两所述单层机械超材料镜像设置并通过硬质隔板固定连接；

其中，所述单层机械超材料包括基体，所述基体上沿其长度方向并排设置多个独立的卡扣槽，相邻两所述卡扣槽之间在所述基体上形成柔性的连接梁；所述卡扣槽包括卡扣和卡槽，且所述卡扣和卡槽之间相互配合并相隔固定的距离；所述单层机械超材料采用柔性弹性体制造而成；

所述单层机械超材料包括所述卡扣与所述卡槽分离的第一稳定状态和所述卡扣与所述卡槽结合的第二稳定状态；当外界施加的载荷达到机械能吸收的最大值时，所述单层机械超材料能够从所述第一稳定状态切换到所述第二稳定状态；当载荷撤去后，所述单层机械超材料依然保持所述第二稳定状态；当再施加相反方向的载荷时所述单层机械超材料能恢复到所述第一稳定状态；

所述单层机械超材料能够吸收的机械能由所述卡扣和卡槽之间的开口宽度比例、进出角度和摩擦系数决定。

2.如权利要求1所述的一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料，其特征在于，所述柔性弹性体由本体和交联剂两种组分构成；所述本体与交联剂的配比中，所述交联剂的比例越大，固化后得到的所述柔性弹性体的弹性模量越大。

3.如权利要求1或2所述的一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料，其特征在于，通过表面润滑处理能够对所述卡扣和卡槽之间的摩擦系数进行调节。

4.一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料的制作方法，包括以下步骤：

1)根据单层机械超材料需要吸收的机械能量级，对单层机械超材料的尺寸参数进行设计，包括卡扣和卡槽的开口宽度比例和进出角度；然后反推出单层机械超材料模具的结构；

2)根据步骤1)确定的单层机械超材料模具的结构，制备单层机械超材料模具；

3)根据单层机械超材料需要的弹性模量确定柔性弹性体的本体与交联剂的配比比例，然后将组成柔性弹性体的组分按照确定的比例搅拌均匀，倒入单层机械超材料模具中，然后烘干固化；

4)固化后，将柔性弹性体模型脱模，得到所制备的单层机械超材料；

5)将单层机械超材料以镜像对称的方式，粘在硬质隔板的两侧，以此类推，得到阵列排布结构的单层机械超材料阵列；

6)采用润滑剂对卡扣和卡槽进行表面处理，改变卡扣和卡槽之间的摩擦系数，实现机械超材料吸能特性的调节，最终得到基于卡扣结构的机械能吸收超材料。

5.如权利要求4所述的一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中，采用三维建模软件对单层机械超材料的结构尺寸参数进行设计和反推单层机械超材料模具结构。

6.如权利要求4或5所述的一种基于卡扣结构的机械能吸收超材料的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用3D打印的方法制作单层机械超材料模具。