[发明专利]性能可调的负泊松比结构

说明书

本发明涉及结构设计技术领域，具体公开了一种性能可调的负泊松比结构，其特征在于，包括多个负泊松比单元，所述负泊松比单元包括四个柔顺曲梁单元和四个连接体，所述连接体为截面为正方形的长方体，四个连接体对称分布且两个相邻的连接体之间通过所述柔顺曲梁单元连接，所述曲梁柔顺单元的端部与所述连接体内侧边的端部连接。本发明解决了现有技术中的负泊松比结构只能单一方向受力变形且无法调整结构性能的问题。

技术领域

本发明涉及结构设计技术领域，尤其涉及一种性能可调的负泊松比结构。

背景技术

负泊松比结构又称拉胀结构，表现为受拉时结构垂直于拉力方向发生膨胀，压缩时垂直于压力方向收缩，因此，这种结构具有更高的压缩阻抗、抗压痕能力、抗剪能力，并有效减小应力集中现象，具有广阔的应用前景，如航天领域中火箭的减震材料，火箭或飞机的整流罩，医疗领域中如抗拔出拉胀骨钉，军事领域中一些防弹材料等。

现有的负泊松比结构有双箭头型结构以及经典内凹结构与双箭头结构组合的结构，这些负泊松比结构设计虽然具有负泊松比特性，但只能实现单一方向受力变形，在受力较复杂的环境中并不适用。此外，这些负泊松比结构只能通过经验改变单元形状，来改变整体结构性能，无法定量计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能可调的负泊松比结构，以克服现有技术中的负泊松比结构只能单一方向受力变形且无法调整结构性能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种性能可调的负泊松比结构，包括多个负泊松比单元，所述负泊松比单元包括四个柔顺曲梁单元和四个连接体，所述连接体为截面为正方形的长方体，四个连接体对称分布且两个相邻的连接体之间通过所述柔顺曲梁单元连接，所述曲梁柔顺单元的端部与所述连接体的内侧面的端部连接。

优选的，多个负泊松比单元在平面内周期性排布组合。

优选的，所述柔顺曲梁单元的由NURBS曲线建模设计生成。

优选的，所述柔顺曲梁单元厚度与高度之比为1:6。

优选的，所述连接体的长度与其正方形截面的边长之比为4:1。

优选的，所述柔性曲梁单元的高度与所述连接体的正方形截面的边长相等。

优选的，所述性能可调的负泊松比结构利用3D打印技术，选用TPU材料一体化制造。

本发明的性能可调的负泊松比结构具有受拉时垂直于拉力方向发生膨胀，压缩时垂直于压力方向收缩的特性，负泊松比结构中的曲梁单元可以在设计过程中根据实际结构性能的需求进行定量调节，具有良好的适应性，并且在平面X、Y方向上具有相同的形变特性，这种负泊松比结构在平面两个方向均具有负泊松比特性，且结构完全对称，在平面两个方向上力学性能相同，在具体实际应用过程中，可以适应复杂受力条件，其可以以NURBS曲线对柔顺曲梁建模，可以通过改变曲梁形状定量改变其力学性能，进而改变整体结构性能，灵活性强，可以满足各种条件的设计要求，实现了性能的可调性，采用柔顺曲梁单元，具有集中应力里小，免于摩擦磨损，运动平稳和便于能量储存转化等优点，使用性能优良。

附图说明

图1为本发明实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的柔顺曲梁单元的结构示意图；

图2为本发明实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的负泊松比单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的结构示意图；

图4为本发明实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的受力示意图。

图中，1：柔顺曲梁单元；2：连接体。

具体实施方式