CN109854659A - 一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及负泊松比结构领域，具体涉及一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构。包括：多个结构相同的具有负泊松比效应的单元体；其中，所述的单元体为旋转对称图形，包括中心结构和外围结构；所述的中心结构，其中心点位于单元体的中心；所述的外围结构，均匀环绕排布在中心结构的四周；通过二维有序排列，得到整体结构兼具内凹性质和手性性质，在承受拉伸压缩载荷时通过负泊松比效应的单元体变形，达到单元膨胀收缩效果。本发明能充分发挥传统手性结构和内凹结构的性能优势，从而提高了整体结构的吸能能力，使结构在缓冲吸能的过程中，具有更加平稳的平台应力阶段，这一优势在高速冲击下尤为明显。
Description
技术领域
本发明涉及负泊松比结构领域，具体涉及一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构。
背景技术
负泊松比结构因其具有很多新颖独特的性质而受到了广泛关注，例如拉胀压阻特性、孔隙率/通透性随应变可变性等。同时，与普通结构相比负泊松比结构的许多力学性能得到了增强。负泊松比是一种与尺度无关的性质，无论在宏观、微观或介观上，都可以实现负泊松比效应。正是由于负泊松比结构的优良特性和其涵盖的尺度决定了其具有广阔的应用前景。汽车工业领域，如减震器、车辆防爆、吸能盒等；航空航天领域，如太空可展开结构、可变体机翼等；船舶海洋工业领域，如舰艇防护减振降噪等。
目前,虽然手性结构可以在大的应变范围内获得较高的负泊松比效应，但由于结构的旋转中心和韧带本身并不具备负泊松比效应，由此可见，手性结构的缓冲吸能效率还有很大的开发和提升空间。传统的手性结构，单元体旋转中心和韧带不是负泊松比结构，不能充分发挥传统手性结构和内凹结构的性能优势，整体结构的吸能能力较差；同时，结构的稳定性也有待提高，在高速冲击的缓冲吸能的过程中，无法做到平稳的平台应力阶段。
综上所述，负泊松比结构还有很大的开发和提升空间。
发明内容
本发明的目的在于提供整体结构的吸能能力强、具有平稳的平台应力阶段，同时超越传统负泊松比结构的弹性变形能力，在冲击振动中起到更好的缓冲抑振效果的一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构。
本发明的目的是这样实现的：
一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，包括：多个结构相同的具有负泊松比效应的单元体；其中，所述的单元体为旋转对称图形，包括中心结构和外围结构；所述的中心结构，其中心点位于单元体的中心；所述的外围结构，均匀环绕排布在中心结构的四周；
技术说明：
中心结构，包括一个正四角星形，正四角星形位居单元体的旋转中心；
外围结构，包括四个非正内凹六边形，以90度旋转排列于正四角星形四周，并且首尾以一角点相连，即四个非正内凹六边形围绕正四角星形两两呈90度首尾相连于一角点；
单元体之间提供两个三角形结构连接和过渡，三角形的一角顶在内凹六边形的内凹处；
单元体通过二维有序排列，得到整体结构兼具内凹性质和手性性质，在承受拉伸压缩载荷时通过负泊松比效应的单元体变形，达到单元膨胀收缩效果；
整体结构的尺寸可根据缓冲减震需求通过计算，得到各行各列所需单元体；
本发明的有益效果在于：
1.本发明的单元体旋转中心和韧带均为负泊松比结构，兼具内凹性质和手性性质，能充分发挥传统手性结构和内凹结构的性能优势，从而提高了整体结构的吸能能力；
2.本发明的每个单元体之间采用了稳定的三角形结构作为连接与过渡，可以有效提高结构的稳定性，使结构在缓冲吸能的过程中，具有更加平稳的平台应力阶段，这一优势在高速冲击下尤为明显；
3.本发明在低速冲击时还可以降低传统手性结构的剪切变形；
附图说明
图1(a)为传统四韧带手性结构单元体的示意图；
图1(b)为一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构的单元体的示意图；
图2(a)为传统四韧带手性结构单元体之间的连接方式的示意图；
图2(b)为本发明的新构型连接方式的示意图；
图3(a)为本发明的整体结构的示意图；
图3(b)为本发明在平面冲击下的变形示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明做进一步描述：
图1(a)为传统四韧带手性结构单元体的示意图，由旋转中心圆和四条韧带构成；
图1(b)为一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构的单元体的示意图，与传统手性结构相比，新构型的旋转中心和韧带均采用负泊松比结构，兼具内凹性质和手性性质；
图2(a)为传统四韧带手性结构单元体之间的连接方式的示意图；
图2(b)为本发明的新构型连接方式的示意图，新构型采用稳定的三角形结构作为单元体之间的连接与过渡，提高了结构的稳定性；
图3(a)为本发明的整体结构的示意图；
图3(b)为本发明在平面冲击下的变形示意图。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构由多个具有负泊松比效应且结构形式相同的单元体组成，所述单元体为旋转对称结构，由具有负泊松比效应的中心结构和同样具有负泊松比效应的外围结构构成，其整体结构兼具内凹性质和手性性质。
(1)所述中心结构为正四角星形，其中心点位于单元体中心，其中心点与凸角点水平距离H，与凹角点水平距离R，其边长为L。
(2)所述外围结构由四个相同的非正内凹六边形组成，其上底边长为2H-R，其下底边长为H，其四条斜边中有三条长为L，并且其中一条斜边与正四角星形共边。另一斜边拉伸延长至下一非正内凹六边形的角点，使其首尾相连。
(3)所述四个非正内凹六边形以90度角旋转排列于正四角星形四周，并且首尾以一角点两两相连，使整个单元体外围无空隙。
(4)所述单元体之间由两个三角形连接与过渡，三角形的一角应顶在内凹六边形的内凹处，以提高结构的内凹效果。
(5)所述单元体的构成形式，不局限于直线形式，本发明显然包含相应的曲线形式，如正弦、圆弧、样条曲线，及其任何和全部的组合形式等。
(6)所述单元体为二维有序负泊松比结构，其尺寸可根据需求通过计算各行各列所需单元体进行设计，其在承受拉伸压缩载荷时，可实现结构膨胀收缩的功能，从而起到缓冲吸能、减振隔振的作用。
以上内容仅为本发明的较佳实施案例，对于本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均可有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明限制。
Claims (6)
1.一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，其特征在于：包括：多个结构相同的具有负泊松比效应的单元体；其中，所述的单元体为旋转对称图形，包括中心结构和外围结构；所述的中心结构，其中心点位于单元体的中心；所述的外围结构，均匀环绕排布在中心结构的四周。
2.根据权利要求1所述的一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，其特征在于：所述的中心结构，包括一个正四角星形，正四角星形位居单元体的旋转中心。
3.根据权利要求1所述的一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，其特征在于：所述的外围结构，包括四个非正内凹六边形，以90度旋转排列于正四角星形四周，并且首尾以一角点相连，即四个非正内凹六边形围绕正四角星形两两呈90度首尾相连于一角点。
4.根据权利要求1所述的一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，其特征在于：所述的单元体之间提供两个三角形结构连接和过渡，三角形的一角顶在内凹六边形的内凹处。
5.根据权利要求1所述的一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，其特征在于：所述的单元体通过二维有序排列，得到整体结构兼具内凹性质和手性性质，在承受拉伸压缩载荷时通过负泊松比效应的单元体膨胀或收缩。
6.根据权利要求1所述的一种兼具内凹和手性负泊松比效应的缓冲抑振结构，其特征在于：所述的整体结构的尺寸可根据缓冲减震需求通过计算，得到各行各列所需单元体。
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|---|---|
| CN (1) | CN109854659B (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111041976A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-21 | 西安科技大学 | 一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置 |
| CN111255834A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-09 | 重庆大学 | 一种多边内凹的拉胀结构 |
| CN111649097A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-11 | 华侨大学 | 混合手性结构及缓冲吸能结构 |
| CN111750018A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-09 | 华侨大学 | 反手性结构及吸能缓冲结构、汽车车身 |
| CN112045990A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-08 | 西安交通大学 | 具有压剪耦合特性的手性拉胀超构材料结构及其制备方法 |
| CN112658256A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-04-16 | 河北工业大学 | 三维增强型星型结构 |
| CN112922993A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 同济大学 | 负泊松比结构与结合蜂窝型结构相结合的复合吸能结构 |
| CN112943843A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-06-11 | 常州大学 | 一种仿生隔振系统 |
| CN113719567A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-11-30 | 广州大学 | 一种具有负泊松比特性的三维爪形结构及其组合方法 |
| CN113757290A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-07 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种具有负泊松比的吸能超结构单体以及吸能超结构 |
| CN113833792A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 长安大学 | 一种自调节厚度梯度的星型-三角形负泊松比结构 |
| CN114244186A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 东南大学 | 一种基于层级负泊松比结构的压电俘能器 |
| CN114941673A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-08-26 | 西安交通大学 | 用于缓冲吸能的复合负泊松比结构 |
| CN115163718A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-10-11 | 西南石油大学 | 基于榫卯连结的分离式手性或反手性拉胀结构 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103287025A (zh) * | 2012-02-28 | 2013-09-11 | 香港纺织及成衣研发中心有限公司 | 一种三维负泊松比间隔针织物及其制作方法 |
| WO2017035473A1 (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | The University Of New Hampshire | Chiral structures with adjustable auxetic effects |
| CN106499121A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-03-15 | 青岛理工大学 | 具有负泊松比效应的防爆钢筋混凝土及其制备方法 |
| US20170362414A1 (en) * | 2016-06-02 | 2017-12-21 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Bistable auxetics |
| CN108386467A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-10 | 中国人民解放军海军工程大学 | 多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构及其承压板架 |
| US20180311833A1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Non-planar shearing auxetic structures, devices, and methods |
| CN108895108A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-11-27 | 北京航空航天大学 | 一种拉胀多胞构型及吸能结构部件 |
-
2019
- 2019-03-08 CN CN201910176392.XA patent/CN109854659B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103287025A (zh) * | 2012-02-28 | 2013-09-11 | 香港纺织及成衣研发中心有限公司 | 一种三维负泊松比间隔针织物及其制作方法 |
| WO2017035473A1 (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | The University Of New Hampshire | Chiral structures with adjustable auxetic effects |
| US20170362414A1 (en) * | 2016-06-02 | 2017-12-21 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Bistable auxetics |
| CN106499121A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-03-15 | 青岛理工大学 | 具有负泊松比效应的防爆钢筋混凝土及其制备方法 |
| US20180311833A1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-11-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Non-planar shearing auxetic structures, devices, and methods |
| CN108386467A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-10 | 中国人民解放军海军工程大学 | 多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构及其承压板架 |
| CN108895108A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-11-27 | 北京航空航天大学 | 一种拉胀多胞构型及吸能结构部件 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112658256A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-04-16 | 河北工业大学 | 三维增强型星型结构 |
| CN112658256B (zh) * | 2019-09-30 | 2024-05-07 | 河北工业大学 | 三维增强型星型结构 |
| CN112922993B (zh) * | 2019-12-06 | 2022-02-18 | 同济大学 | 负泊松比结构与结合蜂窝型结构相结合的复合吸能结构 |
| CN112922993A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 同济大学 | 负泊松比结构与结合蜂窝型结构相结合的复合吸能结构 |
| CN111041976B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-09-14 | 西安科技大学 | 一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置 |
| CN111041976A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-21 | 西安科技大学 | 一种建筑结构抗震减振的多级耗能装置 |
| CN111255834A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-09 | 重庆大学 | 一种多边内凹的拉胀结构 |
| CN111649097A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-11 | 华侨大学 | 混合手性结构及缓冲吸能结构 |
| CN111750018A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-09 | 华侨大学 | 反手性结构及吸能缓冲结构、汽车车身 |
| CN112045990A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-08 | 西安交通大学 | 具有压剪耦合特性的手性拉胀超构材料结构及其制备方法 |
| CN112943843A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-06-11 | 常州大学 | 一种仿生隔振系统 |
| CN113719567A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-11-30 | 广州大学 | 一种具有负泊松比特性的三维爪形结构及其组合方法 |
| CN113757290A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-07 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种具有负泊松比的吸能超结构单体以及吸能超结构 |
| CN113757290B (zh) * | 2021-09-07 | 2022-10-04 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种具有负泊松比的吸能超结构单体以及吸能超结构 |
| CN113833792A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 长安大学 | 一种自调节厚度梯度的星型-三角形负泊松比结构 |
| CN114941673A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-08-26 | 西安交通大学 | 用于缓冲吸能的复合负泊松比结构 |
| CN114941673B (zh) * | 2021-12-08 | 2023-08-18 | 西安交通大学 | 用于缓冲吸能的复合负泊松比结构 |
| CN114244186A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 东南大学 | 一种基于层级负泊松比结构的压电俘能器 |
| CN114244186B (zh) * | 2021-12-20 | 2023-10-24 | 东南大学 | 一种基于层级负泊松比结构的压电俘能器 |
| CN115163718A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-10-11 | 西南石油大学 | 基于榫卯连结的分离式手性或反手性拉胀结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109854659B (zh) | 2021-03-30 |
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