CN102529583A

CN102529583A - 基于负泊松比结构的超轻重量非充气轮胎结构

Info

Publication number: CN102529583A
Application number: CN2011104019624A
Authority: CN
Inventors: 马正东; 刘园园; 刘晓明; 孙策; 崔玉顺
Original assignee: 马正东
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: CN102529583B; US8544515B2; US20110168313A1

Abstract

根据本发明的非充气轮胎，它包括一个旋转中心轴；一组绕中心轴旋转的由负泊松比单元晶胞构成的同心环状物，每个负泊松比单元晶胞由一组构成负泊松比结构的构件组成。最外圈的单元晶胞可以以一种有利于与路面接触的方式排列，并可以有适当的覆盖材料。当轮子旋转时，随着接触路面区域所受外力的增加，负泊松比结构的强度和刚度会增加。同心环状物中间可以放置夹层材料或填充材料，例子中的单元晶胞由一组嵌套的V形结构构成。最外圈单元晶胞外面有一层适于和地面相接触的覆盖材料，构成完整的轮胎或轮子。轮胎或轮子可以是充气的，也可以是非充气的。

Description

基于负泊松比结构的超轻重量非充气轮胎结构

有关本项发明

本发明是前一项美国专利申请12/267,867（申请日期2008年11月10号，批准日期2011年3月22号，获准专利号US7,910,193 B2）的部份继续申请（Continuation-In-Part，CIP）。前项专利是本项专利的基础和一部份。

技术领域

本发明涉及负泊松比（Negative Poisson's Ratio）或称膨胀（Auxetic）材料和结构，特别涉及基于负泊松比材料和结构的超轻重量非充气轮胎结构。本发明里提到的材料是指有某种微观结构的人工合成材料，所以也可以和结构一起通称为结构。

背景技术

目前，以商业为目的所开发的"防爆轮胎"(Runflat)和"非充气轮胎"(Airless Tire)包括米其林（Michelin）公司的T轮（Tweels），和Resilient Technologies公司的非充气轮胎（Non-pneumatic tire），这两项技术都采用了蜂窝状结构。防爆轮胎和非充气轮胎技术不但有其商业用途，而且也有很重要的军事用途。以一典型的军用卡车为例，其车每一个轮子要承受一万多磅的重量。为了使该车在轮胎撒气后（由于恶劣路况、被扎破、被子弹击穿、或被爆炸物袭击导致轮胎撒气）能够继续行使，可以在车胎里面放置一个备用的非充气结构。目前安装在此军车上的备用非充气结构可以使该车在撒气后再跑上一段足以逃生的距离。但每个轮胎里的非充气结构重达100多磅。除了非充气结构，此军车还采用了中心轮胎充气系统（CTIS），以适应各种不同路况条件下的有效行使。

泊松比是以提出者Simeon Poisson命名的，是指材料在两个垂直方向上的应变之比的负数。一般定义为材料的横向（垂直于加力方向）收缩率和轴向（沿加力方向）拉伸率之比。一些材料具有负的泊松比，如果在某个方向上拉伸这些材料，则会在与其垂直的方向膨胀。同样，如果在某一方向上压缩，则会在与其垂直的方向收缩。

负泊松比材料这种独特的性能已经吸引了许多研究者的兴趣。有别于传统的（自然界里常见的）具有正泊松比的材料，当一个负泊松比材料受压时，它会沿与受力方向垂直的方向收缩（同样，当其受拉时会沿与受力方向垂直的方向膨胀）。这种特性使负泊松比材料在受压后密度增大，以便能够更好地抵抗外力。因此负泊松比材料在外力的作用下，强度会越来越大，而且越来越不易被破坏。同时人们还发现，负泊松比材料还能提高结构的耐热性、抗冲击性、抗断裂性、抗压性以及具有较大的剪切模量等。

负泊松比材料已经有了一系列的应用。根据美国专利第7,160,621号，一种汽车的碰撞能量吸收器采用了某种负泊松比材料，其负泊松比结构的厚度超过了1毫米。这项专利还包括了一种偶联在负泊松比结构上的边界晶胞，其目的是为了进一步抵抗负泊松比结构的变形。

绝大部分已知的负泊松比材料都是高分子泡沫(Polymer Foam)材料。比如，美国专利第4,668,557号，披露了一种具有负泊松比的开胞（Open Cell）泡沫材料。通过在三个方向上对传统的开胞泡沫材料进行压缩，然后将压缩过的材料加热至软化温度，使其产生永久性变形，就可得到这种负泊松比材料。这样生产出来的材料，晶胞的骨架向内突出，从而具有负泊松比的特性。

发明内容

本发明主要涉及负泊松比结构，并且将负泊松比结构应用到全新的防爆轮胎和非充气轮胎中。通过对负泊松比结构进行功能导向设计，可以使负泊松比轮胎最好地满足商用和军用的需要。负泊松比结构的轮胎可以是充气的，也可以是不充气的，对于充气的负泊松比轮胎，只有当轮胎撒气时里面的负泊松比结构才起作用。对于不充气的负泊松比轮胎，负泊松比结构可以取代压缩气体从而在任何时候都起作用。不充气的负泊松比轮胎也可以和车轮一体化，从而构成全新的基于负泊松比结构的车轮。通过使用普通的原材料和简单的制造过程，负泊松比轮胎或车轮可以实现低成本制造和大规模生产。通过功能导向的优化设计，负泊松比轮胎或车轮完全可以与传统的充气轮胎或车轮相媲美，而负泊松比轮胎或车轮的重量却大大降低。在以下的讨论中，将不区分负泊松比轮胎和负泊松比车轮，即所说的负泊松比轮胎将包括负泊松比车轮，反之亦然。

根据本发明的一个负泊松比轮胎，它包括一个转动轴，以及围绕该转动轴的一系列由负泊松比单元晶胞构成的同心环状结构。每一个单元晶胞由一组构成负泊松比V形结构的受压结构（简称支撑）和受拉结构（简称筋腱）组成。在轮胎最外圈的单元晶胞及其覆盖材料采用便于轮胎在地面上滚动的排列方式，并采用具有合适的摩擦系数的材料，以使轮胎在转动时和地面有最佳的相互作用，并且轮胎随着地面反力的增大而性能增强。

在每两层（V形晶胞单元的）环状结构中间设有一个由特定材料或混合材料所构成的夹层，以形成连片状的（网状的、环状的、织物状的、或连成一体的）轮胎结构。在晶胞单元的空间内可以填充合适的材料，在最外层的晶胞单元外面一般来讲可加上覆盖材料。负泊松比轮胎结构可以根据轮胎的要求进行功能导向的优化设计，轮胎内可以充气也可以不充气。

附图说明

图1举例说明由拓扑优化过程所得到的一个负泊松比结构，以及该负泊松比结构的变形机理；

图2说明一个特定的二维负泊松比材料所具有的设计变量。通过改变这些设计变量，可以得到各种具有不同负泊松比特性的结构；

图3说明图2的材料受到局部压力时，会向受压的部分集中，从而使这个区域的强度变得更大，以便能更好地抵抗外力；

图4说明怎样通过叠加得到多层的三维负泊松比材料。如图4所示，将某一层结构的E点与它相邻一层的F点相连即可得到多层的三维负泊松比材料。同时，图4还说明了此种三维负泊松比材料所具有的设计变量，其中包括θ _1x ,θ _1y ,θ _2x ,θ _2y和h；以及支撑和筋腱的几何形状和尺寸参数；

图5说明通过将负泊松比材料的单位晶胞进行不同的排列可以得到不同的负泊松比结构。图5a显示了一种将负泊松比材料的晶胞平行排列所得到的所谓的＂平行三维负泊松比＂的结构；

图5b显示了一种将负泊松比材料的晶胞沿对角线排列所得到的所谓的＂对角三维负泊松比＂的结构；

图6显示了如何将一个负泊松比结构应用到一个充气或非充气的轮胎中。这里将此种轮胎统一命名为“N-轮胎”；

图7显示了一种可能的N-轮胎产品。为了显示出轮胎里面的负泊松比材料，部份外层覆盖区域未在图中显示;

图8显示了由MKP公司所开发的一个N-轮胎的计算机辅助设计软件系统，可以用来专门设计N-轮胎和进行N-轮胎的性能评估；

图9a, b, c显示了各种可能的N-轮胎的结构，其中包括三个例子，分别是由一层、两层和三层负泊松比结构所构成的N-轮胎；

图9d显示了一个完全由负泊松比晶胞组成的轮子的结构。该轮子结构的特点是负泊松比结构已经代替了传统的轮毂，并做到了轮胎和轮毂的一体化；

图10显示了一个特殊的一层N-轮胎的设计以及它的一个简化版本；

图11显示了两个具有不同周期结构的N-轮胎的例子。图11a所示的N-轮胎的晶胞结构周期是28，图11b所示的N-轮胎的晶胞结构周期是40；

图12显示了两种可能的N-轮胎的结构，其中包括了一个真正的三维结构和一个准三维结构。图12a所示的是一个真正的三维负泊松比轮胎结构，图12b所示的是一个准三维负泊松比轮胎结构；

图13说明了作为本发明特例的N-轮胎也可以具有正泊松比的特性。图13a显示了一个具有正泊松比特性的两层的N-轮胎例子，图13b显示了一个具有正泊松比特性的3层的N-轮胎的例子；

图14是图13b结构的准三维设计；

通过改变负泊松比结构的层数、周期、几何参数、支撑和筋腱的几何形状（包括沿长度方向可变的截面几何形状和中线的曲线形状），以及所用的原材料，可以得到各种更复杂的负泊松比结构，从而设计出更高级的N-轮胎，如图15，图16和图17所示；

图18显示了一个N-轮胎结构的计算机模拟实验结果，所加到轮胎上的垂直压力是从一万牛顿（10KN）逐渐增加到五十万牛顿（500KN）；

图19显示了一个比图18更硬的N-轮胎结构的计算机模拟实验结果，所加到轮胎上的垂直压力是从三万牛顿（30KN）逐渐增加到一百五十万牛顿（1,500KN）；

图20是由计算机模拟得到的典型的垂直作用力和轮胎中心位移的关系曲线图。从图20可以清楚地看到N-轮胎的加载刚化特性;

图21显示了一个负泊松比结构的制造方法。如图21所示，采用一种多层叠加的方法，可以将条状材料进行叠加，从而制造出一种特殊的负泊松比晶胞结构。

具体实施方式

本发明将负泊松比（Negative Poisson's Ratio）结构，又称膨胀（Auxetic）结构，应用于一种新颖的防爆轮胎或非充气轮胎中。我们相信负泊松比结构相对于蜂窝、泡沫或者其它类似材料，具有更加优良的适于轮胎的特性，包括加载强化、更好的重量／性能比和更高的耐久性。由于负泊松比结构还可以根据应用上的需要进行功能导向设计，所以一个基于负泊松比结构的防爆轮胎或非充气轮胎产品应该能够提供比传统的充气轮胎的性能更好的各项性能指标。

美国专利7,910,193 B2是本项专利的基础。在该专利中，发明人已经描述了一般的二维和三维的负泊松比结构及其可能的应用。负泊松比的特性使得这种结构在受到外力挤压时，受力区域周围的材料能够向受力区聚集，其结果是，受力区材料的密度变得更大，以至结构的强度和刚度得到大幅的提高。这种材料的受力增强效应在非线性大变形中可以始终得以保持。

负泊松比结构在不同的外力作用下可以有不同的反应。负泊松比结构有三个独特的性能：a) 受力时材料向受力点集中，b) 在分布力作用下的表面的凸出效应，c）抗冲击能力（隔减冲击力以及吸收冲击能量）。图1显示了一个负泊松比材料的反应性收缩机理。这个由大量V型微结构构成的材料如果在一个方向受到了挤压，能够同时在各个方向而非一个方向产生收缩。其结果是更多的材料集中到受力的区域，以至结构在受力区域变得更强和更刚，从而能够更好地抵御外力。

图2显示了一个具有三个设计变量的二维负泊松比结构单元，其中包括q ₁ , q ₂ ,和 h _e。通过改变这些设计变量就可以得到具有不同特性和结构性能的负泊松比材料。通过采用一个多步线性化的求解方法，我们已经开发了一个非线性有限元分析程序，用该程序来预测这种材料的非线性特性，而更加精确的数值方法将会进一步得到开发。通过优化负泊松比结构的设计变量可以得到所需的材料性能，比如所需要的有效杨氏模量、泊松比、材料密度和性能／重量比等都可以通过优化设计得到。其中包括了负泊松比结构在大变形下产生的几何非线性特性。

图3显示了如何将图1所示的负泊松比结构应用到一个典型的局部受力的材料中。虚线显示的是变形前的结构，实线显示的是由计算机模拟得到的变形后的结构。如图3所示，在外力的作用下，由于材料的负泊松比特性，受力区域周围的材料不断地向受力区域集中，因此受力区域材料的密度变得更大，从而更加具有对外力的抵抗力。

图4显示了上述收缩机理被应用到三维的负泊松比结构中。如图4所示，所述结构的金字塔形单元有四个顶点，A、B、C、D，均位于平面502上，它们定义了一个正方形的四个顶点。分别从这四个顶点连线到一个位于平面502外的顶点E，可以得到一个有四个连杆510、512、514、516的结构，这四个连杆在这里被称作负泊松比结构的＂支撑＂（Stuffer）。如果分别从这四个顶点连接到一个位于平面502之外的另一个顶点F（假设F是位于502平面和顶点E之间），则得到另一个有四个连杆520、522、524、526的结构，这个四个连杆在这里被称作负泊松比结构的＂筋腱＂（Tendon）。以一个具体的结构为例，对应于A和C或者B和D的两个相对的支撑，夹角可以是60度，对应于A和C或者B和D的两个相对的筋腱，夹角可以是130度。当然，这些角度是可以改变的。通过改变二维和三维负泊松比结构设计变量（在具有物理意义的范围内），可以设计出多种多样具有不同性质的负泊松比材料（包括在不同方向上具有不同的有效杨氏模量、不同的泊松比、不同的屈服应力等）。采用各种不同的原材料制作负泊松比结构的支撑和筋腱，可以使其应用领域变得更加宽广。尽管在这项专利申请中所展示的负泊松比结构的E点和F点同时位于平面502之下，但是F点也可以位于平面502之上，在这种情况下将得到具有正泊松比性质的结构。

在一个三维结构中，将大量的单元晶胞置于同一平面，通过将每一个单元晶胞的结点连接到相邻单元晶胞的结点上，可以构成一个单层的负泊松比结构。将复数个的这样的单层结构进行叠加，如图4所示将一层中的点E连到相邻一层的点F，就能够构成一个多层的三维负泊松比结构。相同的单元晶胞通过不同的排列方式，可以生成不同的三维负泊松比结构。图5A显示了一个平行排列的三维负泊松比结构的例子，而图5B则是一个沿对角线排列的三维负泊松比结构例子。所有的二维和三维单元中的V角可以被一个平底所取代，以便生成一个平底V结构，从而更易于制造。

通过改变三维负泊松比结构的设计变量，更加先进的负泊松比结构可以被设计出来，以便适应更广泛的应用需求。根据本发明，对不同方向具有不同有效材料性能的三维负泊松比材料设计的可能性进行了探索，并设计了基于三维负泊松比结构的防爆轮胎和非充气轮胎系统，使所述系统的垂向和横向性能不同，以便能够在所有的方向上都能够得到轮胎所需的最好性能。

负泊松比轮胎能够被调整并进行功能导向的最优设计，以便最大限度地满足商用和军用车辆的需求。负泊松比轮胎可以使用标准的材料和简单的制造工艺，从而成本低廉并能进行大批量生产。负泊松比轮胎也可以与自动充气系统（CTIS）合用，并且它的重量可以不到当前轮胎里非充气结构重量的一半。据初步估算，用于前述典型军车的非充气结构的重量可以减至40磅。

图6显示了负泊松比材料如何能够在一个N-轮胎中得到使用。在这个方案中，图4和图5所显示的三维负泊松比结构602，它已被排列成一系列放射状的同心圆环，构成一个承载的轮子结构。在当前的应用例子中，可以选用一个合适的路面接触材料600覆盖已有的三维负泊松比结构，形成一个超轻的轮胎或轮子结构。在其它的应用例子中，例如，某些农耕车、矿山车、月球车、外星球车、海底探险车等，也可以不用覆盖材料。本发明的轮胎的里面可以存在常压气体，也可以充以加压的气体、液体或固体，如空气、氮气、或其它气体，以及合适的液体、或具有超弹性、黏性特性的固体材料等。

图7显示了一个N-轮胎，有一部分覆盖材料已被剥去以显示内部的支撑和筋腱。支撑可以由任何合适的抗压材料构成，包括各种金属、合金钢、铝合金、钛合金、锰合金、陶瓷、橡胶、塑料、竹木、石料等。筋腱可以由任何合适的抗拉材料构成，包括钢索、线绳、金属丝、棉麻、有机和无机合成材料、人造纤维、尼龙、金属基体材料、树脂合成材料、纤维增强复合材料、塑料、塑料或金属的板状或条状材料等。例如，一个优选的方案包括钢质的支撑和芳纶纤维材料的筋腱，而且筋腱的截面积小于支撑的截面积。图7所示的特殊的结构使用了一系列的圆环（比如702，704，706）来支撑各片的单元晶胞。如果任何一个环状结构被拿出来并平展开来，就可以得到类似于图5a所示的负泊松比结构。

支撑和筋腱可以是实心的或者空心的，或者是其它具有合适的截面几何形状和壁厚的材料，也可以是平面或者曲面的（直的或弯的）板或条，如具有U形、T形、V形、I形、或者其它的截面形状、等截面或变截面的板或条等。例如，为了便于制造，一个负泊松比结构可以使用条状材料（如图21所示2102，2104），使之相互叠加。而V型的形状可以是平底的（如图21的2110所示），以便用点焊、铆接、粘接、捆绑、或其它的连接方法。

图8展示了MKP公司所开发的一个计算机软件系统，专门用于负泊松比轮形结构的设计和分析。应用该软件，可以通过改变各种设计参数得到各种不同的N-轮胎及其相应的性能分析结果。所述设计参数包括轮胎的内外直径、顶端支撑高度、不同维度上的周期、筋腱和支撑之间的角度等。例如，图9显示了具有1、2、3层结构的N-轮胎。图10显示了一个具有一层结构的N-轮胎和一个基于这种结构的简化设计。图11显示了周期28和周期40的两种不同的N-轮胎设计。需要强调的是，可实现功能性导向的优化设计是本发明负泊松比结构的一个特殊的性质，根据具体的应用条件，实际N-轮胎的层数、周期数以及其它的参数可以被最优地确定。

实际N-轮胎的层数和周期数将视具体的应用而确定。每层的周期数可以是不同的，每层的高度也可以不同。每层高度是沿径向方向测量的。图4所示的有关筋腱和支撑的角度也可以变化，尤其是不同层之间这些角度可以不同。结构也可以一层层地向里延伸直至中心轴，去取代传统的轮毂结构。由此得到的负泊松比轮子的特点是中间没有传统的轮毂，而轮子和轮胎是一体的。

本专利申请包括所使用的例子的各种不同的推广和变化，以得到适用于各类运载物的普通或者越野的N-轮胎，其中包括但不限于自行车、摩托车、大型/小型轿车、卡车、农机、矿山机械、飞机、坦克、军用车辆等。在某些情况下，比如自行车、摩托车、或者汽车、轮胎的最外层要有一个凸形或弧形状的顶部结构以便与地面接触，从而得到最佳的轮胎-地面相互作用力。

图12显示了使用N-轮胎软件系统所生成的一些N-轮胎的设计。其中包括：a)一个三维版的N-轮胎，和b)一个准三维版的N-轮胎。设计b可以在V型单元的晶胞层之间使用带状或者环状材料。该带状或者环状物可以是刚性或柔性的，由金属、陶瓷、橡胶、钢丝橡胶、树脂塑料等等材料制成。也可使用网状或编织材料、天然或人工合成的纤维或织物材料制成。基于图12b所示结构的轮胎，在正常情况下与普通轮胎的使用没有区别，只有当轮胎内气压降低到所定的临界值以下，比如完全没气时，负泊松比的非充气结构才开始承受外力，从而使轮胎能够继续行走。另外，图12所示的N-轮胎也可以是不充气的。

通过改变层数、周期数、或者其它参数，可以得到更加先进的负泊松比结构，甚至得到具有正泊松比特性的结构。图13a显示了一个具有正泊松比特性的两层周期为20的正泊松比结构，图13b显示了一个具有正泊松比特性的三层周期为28的结构。图14是图13b结构的准三维结构的立体图。通过改变尺寸和层数、周期性、筋腱和支撑的几何形状可得到更加复杂的单元晶胞结构，从而可以得到其它更加先进的N-轮胎结构，如图15，图16，图17所示。

使用计算机进行初步的数值虚拟实验，来对一个负泊松比非充气轮胎的垂向刚度进行概念性验证。图18给出了在垂向压力从一万牛顿增加到五十万牛顿时的一N-轮胎的虚拟实验结果。图19给出了在垂向压力从三万牛顿增加到一百五十万牛顿时的一个比图18更硬的N-轮胎的计算机模拟实验结果。如图19所示，这个概念型非充气轮胎在没有任何永久变形的情况下可以承受一百五十万牛顿的载荷。图20显示了对应的力和位移关系曲线图，又一次突出了负泊松比轮胎的加载强化特性。

Claims

1.一个负泊松比轮胎结构，包括：

a.若干个相连的呈放射性状向外延伸的同心环状结构，每个环状结构由若干个相连的负泊松比结构晶胞组成；

b.最外圈的负泊松比结构形成一个圆环状的结构；

c.当轮胎和路面相接触时，接触处的负泊松比结构的强度和刚度会有所增强。

2.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，包括夹在两层环状结构之间的夹层。

3.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中每个负泊松比单元晶胞由一组V型结构组成，V型结构是平底的，以便通过点焊，铆接，粘接，捆绑或其它方法来制备。

4.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，进一步包括至少覆盖在最外层的单元晶胞上的覆盖物。

5.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，进一步包括：

覆盖住全体负泊松比结构的覆盖物，以便形成一个可以充气的结构。

6.根据权利要求5所述的负泊松比轮胎结构，

其中，所述覆盖住全体负泊松比结构的覆盖物由适合和路面相接触的材料构成。

7.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，进一步包括：

覆盖住负泊松比结构的以便形成一个可充气轮胎的覆盖物；

负泊松比结构置于轮胎的内部，并在正常情况下和覆盖物保有一定的间隔，只有当轮胎失去了一定气压之后，负泊松比结构才和覆盖物接触，并通过覆盖物和地面相接触以承担载荷。

8.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，进一步包括：

一个可以绕中心轴旋转的轮毂;

所述负泊松比轮胎结构从这个轮毂开始呈放射状向外延伸。

9.根据权利要求8所述的负泊松比轮胎结构，其中

一个传统的轮胎或特制的轮胎安装在轮毂上并覆盖负泊松比结构。

10.根据权利要求9所述的负泊松比轮胎结构，其中

所述传统的轮胎有一个内表皮；

直到轮胎失去了一定的气压，负泊松比结构才开始接触轮胎的内表皮。

11.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

每一圈中的单元晶胞数叫做周期；

周期随着轮胎用途的不同可以不同。

12.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

每一圈中的单元晶胞决定了一个高度，高度可沿径向向外测量；

各圈单元晶胞具有相同的高度。

13.根据权利要求12所述的负泊松比轮胎结构，其中：

不同圈中的单元晶胞可以具有不同的高度。

14.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

每一层单元晶胞有一个宽度，可沿平行于旋转轴的方向测量；

每一层内的单元晶胞可以是沿宽度方向不变的，形成一个准三维的负泊松比结构。

15.根据权利要求14所述的负泊松比轮胎结构，其中：

每一层内沿宽度方向可以排列三维的负泊松比单元晶胞，以构成一个真的三维负泊松比结构。

16.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

每一个单元晶胞包括相互连接的，构成不同角度的第一和第二V形子结构；

每一个单元的第一和第二V形子结构的角度可以不同；

特殊情况下第一V形子结构的角度可以是180度。

17.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

用来制造负泊松比结构的材料可以是金属、陶瓷、橡胶、竹木、石料、纤维、化纤、纤维增强复合材料、聚合物基体材料、金属基体材料、有机和无机合成材料、树脂材料、尼龙、或者塑料等；

制造方法可以是铸造、压铸、冲压、焊接、铆接、粘接、捆绑、编织、或用其它方法。

18.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，进一步包括：

高分子泡沫材料或其它适于填充负泊松比结构的填充材料。

19.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

最外圈的单元晶胞及其覆盖物可以形成圆柱状或者合适的三维曲面。

20.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

构成负泊松比结构筋腱的材料可以是钢索、线绳、金属丝、橡胶、棉麻类、尼龙、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、化学纤维、有机和无机的合成材料、人造纤维、金属基体材料、纤维增强复合材料、聚合物基体材料、树脂、塑料等。

21.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

用来制造负泊松比结构的一组特殊材料是合金钢、铝合金、钢索和芳纶纤维。

22.根据权利要求1所述的负泊松比轮胎结构，其中：

构成负泊松比结构的支撑和筋腱可以是实心的或者空心的；

可以是直的或弯的板状物或条状物；

截面形状可以是U形、T形、V形、I形，或者其它合适的形状；

截面形状和尺寸沿长度方向是可变的或者不可变的。