[发明专利]一种具有负泊松比特性的三维结构及其组合方法

说明书

本发明涉及一种具有负泊松比特性的三维结构，包括多个三维结构单元，三维结构单元包括四手性结构单元和两个扭转结构单元；扭转结构单元包括上横杆、下横杆、上斜杆、下斜杆，上横杆与上斜杆连接，下横杆与下斜杆连接，上斜杆与下斜杆连接，上斜杆与下斜杆的水平投影重合，上横杆与上斜杆的水平投影形成一个夹角φ；两个扭转结构单元相互垂直；四手性结构单元包括圆环、连接杆；连接杆的一端与圆环相切，连接杆的另一端与上斜杆和下斜杆的连接点连接。本发明还涉及一种具有负泊松比特性的三维结构的组合方法。本发明结构稳定、可实现多个方向负泊松比特性，属于汽车安全设备领域。

技术领域

本发明涉及汽车安全设备领域，具体涉及一种具有负泊松比特性的三维结构及其组合方法。

背景技术

这些年来，许多具有负泊松比特性的结构被研发出来，例如：星型负泊松比结构，箭型负泊松比结构，领结型泊松比结构以及手性结构。负泊松比材料由于有着不同于普通材料的独特性质，材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗断裂性能以及材料的回弹韧性都有着明显的提高。负泊松比材料的应用涉及多个领域，负泊松比材料用于制造夹芯板时，由于受弯时是向外膨胀从而吸收更多的能量，使夹芯板安全性能大大提高；负泊松比泡沫具有特殊的弹性和对声音的吸收能力，可以用于制造隔音材料；穿戴设备类肤部件采用负泊松比材料，可使得增强包裹性的同时提高舒适性；目前，负泊松比结构可以从自然界中直接获取或者通过人工合成得到。但是，由于受到制造、合成技术的制约，目前常见的负泊松比结构种类还很有限(特别是三维负泊松比结构)，对于负泊松比结构在实际工程中的应用也还不是很广泛。。

泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。负泊松比效应，是指受拉伸时，材料在弹性范围内横向发生膨胀，而受压缩时，材料在弹性范围内横向发生收缩的现象。负泊松比材料相比传统的正泊松比材料(自然界里常见的)而言，由于具有不同于普通材料的独特性质，在很多方面具备了其他材料所不能比拟的优势，尤其是材料的物理机械性能有了很大的提高，如提高了材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗断裂性能以及材料的回弹韧性。

研究表明汽车安全设备领域的前端吸能盒、A柱、B柱、C柱等部位通过塑性变形可以消耗大部分的车辆碰撞时产生的动能，从而有效的保护了乘员和货物的安全，能够有效降低交通事故中的人员伤亡和财产损失。传统的汽车吸能盒结构仍然是薄壁方管和薄壁圆管﹐薄壁管只能实现一个方向的吸能，吸能效果较差，在承受冲击过程中轴向稳定性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构稳定、可实现多个方向负泊松比特性的具有负泊松比特性的三维结构及其组合方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有负泊松比特性的三维结构，包括多个三维结构单元，三维结构单元包括一个水平设置的四手性结构单元和两个大小和结构均相同的扭转结构单元；扭转结构单元包括上横杆、下横杆、两根上斜杆、两根下斜杆，上横杆和下横杆水平设置，上横杆和下横杆的水平投影相互重合，上横杆的两端分别与两根上斜杆的一端连接，下横杆的两端分别与两根下斜杆的一端连接，两根上斜杆的另一端分别与两根下斜杆的另一端连接，两根上斜杆分别与两根下斜杆的水平投影相互重合，上横杆与上斜杆的水平投影形成一个夹角φ，两根上斜杆的水平投影相互平行；上横杆和下横杆的中点连线为转动线，两个扭转结构单元重合放置，其中一个扭转结构单元以另一个扭转结构单元的转动线为旋转轴旋转90度；四手性结构单元包括圆环、四根连接杆；四根连接杆沿圆环的外侧周向均匀分布，连接杆的一端与圆环相切，连接杆的另一端与上斜杆和下斜杆的连接点连接。

作为一种优选，夹角φ为0°＜φ≤45°。

作为一种优选，扭转结构单元还包括连接块，上斜杆和下斜杆通过连接块连接，连接块为立方体结构，上斜杆与连接块的顶端连接，下斜杆与连接块的底端连接，连接杆与连接块的侧面连接。