[发明专利]一种变形模式可控的智能结构及其变形方法

说明书

本发明提供一种变形模式可控的智能结构及其变形方法，智能结构包括：固定块，用于连接固定可变形结构；可变形结构，具有可变形主体，其一端连接与所述固定块上；变尺寸加强块，由至少2个具有截面尺寸可变的加强块组成或由2个以上相互之间构成尺寸变化的加强块组成，所述加强块沿挤压方向依次布置在所述可变形结构上；滑块，与所述可变形结构的另一端连接，通过调节所述滑块的位移量来控制所述可变形结构的变形形貌。本发明为纯机械结构，驱动方式简单，无需施加额外的模具和其他阻挡装置便可制备不同形貌的结构，具有工艺简单，形状可调，构型稳定等优点，可广泛用于汽车、航空航天、医疗机器人及海洋运载工具等的形状控制系统。

技术领域

本发明属于智能材料与结构技术领域，具体而言，尤其涉及一种变形模式可控的智能结构及其变形方法。

背景技术

变形模式可控结构能够通过单一或多个控制参数来实现自身变形形貌的调节，以达到特定的功能需求，如水下减阻、减振降噪及刚度可调等。该类结构柔性制造系统，汽车、航空航天、船舶及医疗等诸多领域的变体结构中具有广泛的应用前景。

借助其优良的力学特性，屈曲模态可控的智能变形结构已成功应用于汽车、航空航天等领域中。目前，智能变形结构的模态控制方法种类繁多。例如，Yihui Zhang在“Amechanically driven form of Kirigami as a route to 3D mesostructures inmicronanomembranes”(physical sciences(2015)volume 112,number 38,pp.11757-11764)中介绍了一种Kirigami形式的思想，它能精确地利用机械驱动的方式，将2D微米/纳米结构通过预压力进而形成不同的3D介观结构。YongAn Huang在文献“Versatile,kinetically controlled,high precision electrohydrodynamic writing of micro/nanofibers”中提出了动力学控制和高分辨率的机械电纺工艺。它利用电力和机械力的组合，制定微结构，提供了微结构加工制造的可能性。

尽管这些控制方法可以有效地保证调整结构的变形，但其只能实现在单一形貌下的变形量调节，如将结构变成拱形后只能改变拱的高度，无法改变成为双驼峰或者其他形貌。为了实现不同形貌的变化，通用方法为增加驱动结构和变形约束，这就极大的增加了制造工艺的复杂性，增加成本。

综上，现有的可变形结构存在驱动方式复杂、变形模式单一且控制成本高的问题，迫切需要设计一种新型可变结构以满足众多工业领域的应用需求。

发明内容

根据上述提出可变形结构存在的驱动方式复杂、变形模式单一等技术问题，而提供一种变形模式可控的智能结构及其变形方法。本发明主要利用在宏观结构表面布置不同类型的变尺寸局部加强块，通过加强块几何尺寸、材料属性和布置方式的优化设计，引入挤压成型方法，通过控制挤压位移量来使宏观结构达到预定的形貌，从而实现了单一结构发生复杂变形模式变换的功能。

本发明采用的技术手段如下：

一种变形模式可控的智能结构，其特征在于，包括：

固定块，用于连接固定可变形结构；

可变形结构，具有可变形主体，其一端连接与所述固定块上；

变尺寸加强块，由至少2个具有截面尺寸可变的加强块组成或由2个以上相互之间构成尺寸变化的加强块组成，所述加强块沿挤压方向依次布置在所述可变形结构上；

滑块，与所述可变形结构的另一端连接，通过调节所述滑块的位移量来控制所述可变形结构的变形形貌。

上述的单个加强块的横截面和纵截面的尺寸可变，当2个以上的组合形式时，彼此之间的尺寸也可变，不仅包括各个加强块的横截面和纵截面，还包括多个加强块之间的相对距离也可变。