[发明专利]一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料

说明书

本发明涉及一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料，所述的二维周期性负泊松比拉胀材料是由在二维空间上周期性排布的多孔胞元构成，所述的多孔胞元的微结构是由通过在二维平面母体材料中沿不同方向切割出规则排列的孔组成，本发明具有避免了常规负泊松比材料中尖角处应力集中、负泊松值可通过设置不同的几何参数调整、横向和纵向均可以产生负泊松比的优点。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料。

背景技术

泊松比是指材料在轴向受拉或受压时，横向线应变与轴向线应变的比值

其中，是材料的轴向线应变，是材料的横向线应变。因此，泊松比反映了物体伸缩变形时的体积变化。泊松比越小，材料变形过程中体积变化越太。

普通材料在拉伸时出现颈缩现象而压缩时横向体积变大，因此，普通材料的泊松比为正值，不同于普通材料，负泊松比材料具有与直观现象相反的力学行为，其在受轴向拉伸时会发生侧向膨胀，在受轴向压缩时会发生侧向收缩，这种具有异常拉胀(auxetic)行为的材料的设计和分析是正在进行的一个新兴材料研究领域，具有广泛的应用价值。

目前，常见拉胀材料胞元的微结构可以分为内凹(re-entrant)多孔微结构和手性(chiral)多孔微结构；由于这两种微结构主要由细杆组成，因此对应拉胀材料的强度和硬度都不高,不利于承载能力的提高。

本发明将提出一种不同于内凹和手性拉胀材料的二维周期性拉胀材料；通过孔使得普通材料具有负泊松比效应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种避免了常规负泊松比材料中尖角处应力集中、负泊松值可通过设置不同的几何参数调整、横向和纵向均可以产生负泊松比的二维周期性负泊松比可控拉胀材料。

本发明的技术方案是：一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料，所述的二维周期性负泊松比拉胀材料是由在二维空间上周期性排布的多孔胞元构成，所述的多孔胞元的微结构是由通过在二维平面母体材料中沿不同方向切割出规则排列的孔组成。

所述的多孔胞元中的孔为哑铃型结构孔。

所述的多孔胞元中的孔的几何形状可以相同，且孔的直径大小可以不同。

所述的多孔胞元中的孔的几何形状是由四个相切的圆生成。

所述的母体材料为金属材料、高分子聚合物、复合材料等中的任意一种制成。

所述的二维周期性负泊松比可控拉胀材料为多孔材料，且其孔隙率由孔的大小和长细比决定。

本发明具有以下优点：本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）在横向和纵向均可以产生负泊松比；

（2）避免了常规负泊松比材料中尖角处应力集中；

（3）负泊松值可通过设置不同的几何参数调整。

附图说明

图1为本发明一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料的负泊松比拉胀材料的结构示意图。

图2为本发明一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料的多孔胞元的微结构示意图。

图3为本发明一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料的哑铃型结构孔的产生原理示意图。

图4为本发明一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料的拉伸载荷作用下的有限元变形云图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1