CN110801085A - 一种具有负泊松比效应的戒指及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有负泊松比效应的戒指及其设计方法，包括戒指本体，所述戒指本体以金属为基材的具有负泊松比效应的内凹六边形结构。负泊松比戒指相对于传统戒指在受到手指对其内表面的径向力作用时，不仅会发生径向膨胀，而且会使戒指与手指接触的截面面积增大，从而有效缓解手指变粗带来的压力。其简要的操作步骤为：首先，根据具体需要，确定戒指的尺寸；然后，设计内凹结构分布数量及和角度；最后完成负泊松比戒指的整体设计，采用3D打印技术制作所设计的戒指。本发明方法设计出的戒指被证明具有很强的新颖性和和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过设计具有负泊松比结构来设计具有负泊松比效应的戒指，并提出了负泊松比戒指的设计方法，属于新材料和新结构领域。
背景技术
泊松比定义为单轴拉伸(或压缩)时，横向应变与纵向应变的比值。传统材料在垂直于荷载方向上发生膨胀(收缩)，而负泊松比材料和结构具有特殊的力学性能，在单轴压力(拉力)作用下发生横向收缩(膨胀)。相较于传统材料，负泊松比材料和结构由于其特殊的力学特性而具有诸多优异的性能，如优越的抗剪性、抗断性、抗凹痕性能、吸声和吸能性、曲面同向性等。正是由于这些优异的性能，负泊松比材料已应用于人工假体、纺织材料、传感器、过滤器、防护垫、减震器和隔声器等多个领域。近年来，负泊松比材料已引起极大关注并吸引越来越多的研究者加入负泊松比材料和结构的研究。
经过30多年的研究，负泊松比材料与结构已取得不少成果。负泊松比材料多为内部构造复杂的多孔结构，对制造的精度要求更高，传统技术很难满足其制作要求，因此真正运用于实际的负泊松比材料很少。而3D打印技术的出现摆脱了传统制造技术对复杂结构制作工艺的限制。利用这一新技术，可以打印形状复杂多变的负泊松比材料和结构。将具有更好力学性能的负泊松比材料设计和先进的3D打印技术结合，制造有实际应用的负泊松比产品，具有很强的实用价值。
戒指作为爱情和时尚的象征，已经成为人们生活中不可或缺的部分。但是我们经常会遇到一个问题，处于孕期或发胖时期佩戴戒指时，会感受到手指变粗带来的压力，而且在不损坏戒指的前提下很难把戒指拔出来，手指长时间处在压迫情况下不免会让我们感受到痛苦，此时的戒指就成为了负担。而负泊松比材料拉胀压缩的特殊性质，能够让负泊松比戒指相对于传统戒指在受到手指对其内表面的径向力作用时，不仅会发生径向膨胀，而且会使戒指与手指接触的截面面积增大，从而缓解孕妇和发胖人群的佩戴压力以增强戒指的舒适性。更好地满足实际应用的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有戒指的不足，利用负泊松比材料的特殊性质与金属相结合设计制造出一种具有实用性的负泊松比戒指，并提出了具体设计方法，设计的戒指能够缓解发胖人群的佩戴压力以增强戒指的舒适性。
本发明采用的技术方案为：一种具有负泊松比效应的戒指，包括戒指本体，所述戒指本体以金属为基材的具有负泊松比效应的内凹六边形结构；
所述戒指本体为具有周期性交错排列的内凹六边形结构；
所述戒指本体的半径r和戒指本体的厚度d的满足：4.67＜r/d＜7.14；
所述戒指本体的高度d和戒指本体的半径r的关系满足：0.39＜h/r＜1.00；
所述戒指本体的厚度d与戒指本体的高度h的关系满足：0.14＜d/h＜0.40。
所述戒指本体的内凹六边形结构也可采用二维内凹三角形结构、旋转矩形结构、反手性结构和手性结构等替代。
上述一种具有负泊松比效应的戒指的设计方法，包括以下步骤：
1)根据手指的大小确定戒指的尺寸，包括戒指本体高度h、戒指本体厚度d和戒指本体半径r；
2)设计戒指具有周期性交错排列的内凹六边形结构，在确定其尺寸后以金属材料为基材制造；
3)完成负泊松比戒指的整体设计，采用3D打印技术制作所设计的戒指，该戒指可缓解孕妇和发胖人群的佩戴压力，符合实际使用的需求。
本发明其产生负泊松比效应的关键在于戒指整体的负泊松比结构的设计。在满足应有的硬度和强度的情况下，采用以金属为基材的内凹六边形结构，使戒指具有负泊松比效应。通过该方法所设计出的戒指具有明显的负泊松比效应，同时可以在大应变范围内依然保持负泊松比特性。
有益效果：本发明设计出的戒指具有较大的负泊松比效应且能同时在轴向拉伸、压缩下表现出负泊松比效应。负泊松比戒指不同于传统戒指，在受到手指对其内表面产生的径向外力作用时，不仅会发生径向膨胀，而且会使戒指与手指接触的截面面积增大，进而缓解孕妇和发胖人群的佩戴压力以增强戒指的舒适性。更好地适应实际应用的需求。
附图说明
图1为具有负泊松比效应的戒指结构示意图；
图2为戒指的俯视图。
图3为戒指的正视图；
图4a和4b为二维内凹三角形结构示意图；
图5为旋转矩形结构示意图；
图6a、6b和6c为手性结构示意图；
图7a和7b为反手性结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步描述：
如图1-3所示，一种具有负泊松比效应的戒指，包括戒指本体1，所述戒指本体1以金属为基材的具有负泊松比效应的内凹六边形结构；
所述戒指本体1为具有周期性交错排列的内凹六边形结构；
所述戒指本体1的半径r和戒指本体1的厚度d的满足：4.67＜r/d＜7.14；
所述戒指本体1的高度d和戒指本体1的半径r的关系满足：0.39＜h/r＜1.00；
所述戒指本体1的厚度d与戒指本体1的高度h的关系满足：0.14＜d/h＜0.40。
如图4-7所示，所述戒指本体的内凹六边形结构也可采用二维内凹三角形结构、旋转矩形结构、反手性结构和手性结构等替代。
上述一种具有负泊松比效应的戒指的设计方法，包括以下步骤：
1)根据手指的大小确定戒指的尺寸，包括戒指本体高度h、戒指本体厚度d和戒指本体半径r；
2)设计戒指具有周期性交错排列的内凹六边形结构，在确定其尺寸后以金属材料为基材制造；
3)完成负泊松比戒指的整体设计，采用3D打印技术制作所设计的戒指，该戒指可缓解孕妇和发胖人群的佩戴压力，符合实际使用的需求。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本事例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (2)
1.一种具有负泊松比效应的戒指，其特征在于：包括戒指本体，所述戒指本体以金属为基材的具有负泊松比效应的内凹六边形结构；
所述戒指本体为具有周期性交错排列的内凹六边形结构；
所述戒指本体的半径r和戒指本体的厚度d的满足：4.67＜r/d＜7.14；
所述戒指本体的高度d和戒指本体的半径r的关系满足：0.39＜h/r＜1.00；
所述戒指本体的厚度d与戒指本体的高度h的关系满足：0.14＜d/h＜0.40。
2.根据权利要求1所述的一种具有负泊松比效应的戒指的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据手指的大小确定戒指的尺寸，包括戒指本体高度h、戒指本体厚度d和戒指本体半径r；
2)设计戒指具有周期性交错排列的内凹六边形结构，在确定其尺寸后以金属材料为基材制造；
3)完成负泊松比戒指的整体设计，采用3D打印技术制作所设计的戒指，该戒指缓解孕妇和发胖人群的佩戴压力，符合实际使用的需求。
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