[发明专利]重复性记忆合金吸能结构及其制备方法

说明书

本发明公开了重复性记忆合金吸能结构及其制备方法，该吸能结构以NiTi形状记忆合金为原料，采用选区激光熔化技术打印制成，所述吸能结构由若干负刚度单元阵列而成，所述负刚度单元包括刚性面和屈曲面，所述刚性面为水平面或垂直面，所述屈曲面置于两个相邻刚性面之间，其中，屈曲面的几何形状由下式定义：其中，i＝‑1～1，x为屈曲面的横向表达式，y为屈曲面的纵向表达式，L为刚性面的长度的，单位为mm，h为屈曲面的高度，mm。本发明通过将负刚度结构与NiTi合金耦合，使制备的吸能结构不尽具有高比能量吸收的同时还有优秀的形状恢复，解决了传统材料吸能结构比能量吸收与形状恢复不可兼得的问题。

技术领域

本发明涉及超材料制备技术领域，具体涉及重复性记忆合金吸能结构及其制备方法。

背景技术

超材料由专门设计的微结构组成，通常具有常规材料所不具备的特性，如超硬、超强、超韧、超轻和负压缩性等。负刚度结构作为超材料的一种，其独特的多稳态、快速响应及能量捕获特性引起了广泛关注。负刚度结构在能量吸收、波传播控制、执行器、可展开结构等领域有广泛的应用前景，在减振、抗冲击方面尤其具有潜力，是出色的吸能结构之一。然而，当前的负刚度结构多由高分子材料制成，以弹性变形为主，强度和比能量吸收通常较低，部分金属材料的负刚度结构虽然在强度和比能量吸收上有所改善，但其在大应变下发生塑性变形后不可恢复，限制了其应用。

因此，现有的吸能结构无法兼顾比能量吸收与形状恢复，有必要开发一种新的吸能结构使之兼具比能量吸收与形状恢复，提高其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供重复性记忆合金吸能结构及其制备方法，解决现有吸能结构无法兼顾比能量吸收与形状恢复的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

重复性记忆合金吸能结构，该吸能结构以NiTi形状记忆合金为原料，采用选区激光熔化技术打印制成，所述吸能结构由若干负刚度单元阵列而成，所述负刚度单元包括刚性面和屈曲面，所述刚性面为水平面或垂直面，所述屈曲面置于两个相邻刚性面之间，其中，屈曲面的几何形状由下式定义：

其中，i＝-1～1，即i的取值为依次从-1到1，x为屈曲面的横向表达式，y为屈曲面的纵向表达式，L为刚性面的长度，单位为mm，h为屈曲面的高度，mm，当L确定时，h为已知，例如，当L为25mm时，h可分别为2mm、3mm、4mm、5mm，h的其他参数可能导致响应不同)。

NiTi合金在不同应力和温度下，具有奥氏体、孪晶马氏体和去孪晶马氏体三种相，在环境温度低于NiTi合金相变温度时对其加载，发生马氏体再取向(孪晶马氏体相→去孪晶马氏体相)，卸载后存在残余应变，此时对NiTi合金加热可以使残余应变消失(去孪晶马氏体相→奥氏体相)，NiTi合金完全恢复到加载前的形状。因此，NiTi合金的形状记忆效应为实现结构大应变变形后的加热形状恢复提供了途径。通过负刚度结构与NiTi合金耦合有望实现吸能结构大应变下高的比能量吸收以及形状恢复，以满足不同条件下的重复性吸能。

本发明通过选区激光熔化技术耦合负刚度结构与NiTi形状记忆合金实现吸能结构在大应变下高的比能量吸收以及形状恢复，以满足不同条件下的重复性吸能。

本发明所述的负刚度单元，在进行面内压缩时，负刚度单元刚性面会限制结构的侧向膨胀，使屈曲面发生类似卡扣的行为，从而产生负刚度响应，并实现能量捕获。同时随着应变量的增大，刚性面闭合后会阻止结构进一步变形，有效防止了结构损伤，使得具有优秀的形状恢复效果。

综上，本发明通过合理设计负刚度单元的参数，以及采用以NiTi形状记忆合金为原料，采用选区激光熔化技术打印制成的吸能结构，实现了吸能结构(负刚度结构)在大变形后的加热自修复，使其具有高比能量吸收的同时还有优秀的形状恢复，解决了传统材料吸能结构比能量吸收与形状恢复不可兼得的问题。此外，通过对单元几何参数的设置，实现了整体结构的吸能特性可调控。