[发明专利]双刚度结构

说明书

一种双刚度智能结构，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个外围菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个外围菱形连杆组合的一个端节点转动连接，外围菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的外围菱形连杆组合的端节点转动连接。本发明具有两种变形模式且在两种模式中表现出不同的刚度。

技术领域

本发明涉及的是一种材料结构领域的技术，具体是一种双刚度结构。

背景技术

材料的刚度是其最为重要的特性之一，反映了某材料在载荷作用下的变形程度。由于应用领域不同，对材料的刚度大小要求也不同。如在基础建设领域一般希望材料具有较高的强度，以在承受较大的载荷时尽量减小变形，避免建筑倒塌；而在减震、缓冲等领域，则希望材料具有较小的刚度，较大的形变，以将目标的动能转换为材料的变形能，增强减震、缓冲的效果。

然而在某些情况下，由于载荷的变化范围较大，具有单一刚度的材料就会出现对较小的载荷变化不敏感(刚度较大的材料)或在较大的载荷下被破坏的情况(刚度较小的材料)。

发明内容

本发明针对现有单一刚度材料面对大范围的载荷变化无法提供合适的形变的问题，提出一种双刚度智能结构，具有两种变形模式且在两种模式中表现出不同的刚度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种双刚度智能结构，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个外围菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个外围菱形连杆组合的一个端节点转动连接，外围菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的外围菱形连杆组合的端节点转动连接。

所述的中央剪式连杆组合包括：三个以上一端通过中央铰链固定连接的中央剪式连杆，每个分支中央剪式连杆以中央铰链为中心均匀分布。

所述的外围菱形连杆组合包括四根外围菱形连杆收尾依次转动连接组成。

所述的外围菱形连杆组合的第四个端节点用于与相邻的另一个结构单元的外围菱形连杆组合转动连接或者不与任何节点相连。

所有结构单元中的旋转弹簧的刚度系数均相同且为固定值k。

所述的中央剪式连杆组合的节点数、分支数与外围菱形连杆组合的个数、形状满足：当中央剪式连杆组合的分支数目为n，则其节点数目为n+1，外围菱形连杆组合的数量为2n，外围菱形连杆组合的形状由其一个内角的角度确定，其大小为2π/n。

所述的结构单元的排列方式是沿水平、竖直方向排列，相邻两单元的距离分别为其结构单元的宽度、高度。

技术效果

与现有技术相比，本发明利用上述结构在不同运动模式下具有不同的刚度这一特性，通过改变载荷点的位置，可以自主选择所需的运动模式及其结构刚度，从而实现了在不同的载荷下改变刚度的功能。进一步地，根据我们提供的载荷-位移曲线，还可以计算出给定载荷下的结构变形程度，即该智能结构的应变大小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：a～d为MS-6、MS-8、MS-10、MS-12；

图2为本发明的运动模式示意图；

图3为本发明的载荷位置与运动模式的关系图；

图4为本发明的载荷-位移曲线图；

图5为本发明的平铺示意图；

图中：a～d为MS-6、MS-8、MS-10、MS-12；