[发明专利]一种三维结构单元、其所构成的新型桁架结构及设计方法

说明书

本发明实施例公开了一种用于构成新型桁架结构的三维结构单元，包括依次轴对称的第一～第四组二维框架单元，所述第一～第四组二维框架单元均包括由上至下依次边连接的第一、第二、第三平行四边形单元，所述第一与第二组二维框架单元、所述第三与第四组二维框架单元的相临边连接；所述第一～第四组二维框架单元的第三平行四边形单元依次边连接；所述第一、第二平行四边形单元的连接边形成脊边，所述第二、第三平行四边形单元的连接边形成谷边。本发明实施例还提供了一种新型桁架结构及设计方法。本发明的结构孔隙率高，在孔隙率相同的情况下，具有理想的刚度、屈服强度和极限抗压强度，具有较强的能量吸收能力，具有各向异性的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种力学框架结构，尤其涉及一种三维结构单元及其所构成的新型桁架结构及设计方法。

背景技术

在现有技术中，涉及到轻量化的力学结构多以多孔结构为主，如在制备多孔陶瓷材料的方法中，一般使用包括发泡法、模板法和造孔剂法等。发泡法获得的多孔支架气孔孔径难以控制，孔隙之间的贯通性较低。造孔剂法操作简便易行，是一种常用的制备多孔陶瓷材料的方法。造孔剂法是将造孔剂与浆料混合形成支架模型，再以溶出或煅烧的方式去除造孔剂，从而获得多孔材料。常用的造孔剂主要有盐颗粒(包括碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解盐类)、淀粉颗粒等，所得结构存在孔数过多时存在材料机械强度减小，且存在断裂的风险，而孔数过少时，其分布不均匀，达不到高的孔隙率。此外，现在技术中的多孔结构以及桁架结构其机械性能一般难以按需调节，甚至不能调整，无法适用于多种应用场合。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种三维结构单元、其所构成的新型桁架结构及设计方法。可极大地提高桁架结构的孔隙率，并达到轻量化高强度的结构。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于构成新型桁架结构的三维结构单元，包括依次轴对称的第一～第四组二维框架单元，所述第一～第四组二维框架单元均包括三个由上至下依次边连接的第一、第二、第三平行四边形单元，

所述第一与第二组二维框架单元、所述第三与第四组二维框架单元的相临边连接；

所述第一～第四组二维框架单元的第三平行四边形单元依次边连接；

所述第一、第二平行四边形单元的连接边形成脊边，所述第二、第三平行四边形单元的连接边形成谷边。

其中，所述第一、第二、第三平行四边形单元均具有相同长度的边。

本发明实施例还提供了一种新型桁架结构，包括：上述三维结构单元，上下相临的所述三维结构单元为方向相反且其相临边为一体结构连接；左右相临的所述三维结构单元的所述第一与第二组二维框架单元、所述第三与第四组二维框架单元的第一平行四边形单元的连接边相连接为一体结构连接。

进一步地，所述三维结构单元的各边为圆杆。

更进一步地，所述三维结构单元为框架结构。

本发明实施例还提供了一种新型桁架结构的设计方法，包括以下步骤：

使用二维薄片在平面上制作二维折叠图案，所述二维折叠图案具有依次轴对称的第一～第四组二维平面单元，每组二维平面单元由上至下依次边连接的第一、第二、第三平行四边形单元，其中，第一与第二组二维框架单元、所述第三与第四组二维框架单元分别的相临边连接；所述第一～第四组二维平面单元的第三平行四边形单元依次首尾边连接；

将每组二维平面单元的第一平行四边形单元的边折叠作为脊线，将第二平行四边形单元与第三平行四边形单元的相接边折叠作为谷线；

将各组二维平面单元中的所述有边替换为圆杆形状，得到三维可折叠结构

将两个所述的三维可折叠结构以上下方向相反，将相临边连接于一体进行组装成对称的第一单元结构；