CN216616350U - 一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，涉及拉胀材料领域，实施例包括多个基础单元；基础单元为平面内所设置的薄板构件，其中间部分为正方形，以正方形的四个边为基础，分别向四个方向进行延伸后，以圆弧的形式实现闭环并沿正方形呈周向间隔分布；由多个基础单元进行线性阵列后组成的结构在受到单向拉伸载荷作用时在弹性范围内具有较强的负泊松比效应。

Description

一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构

技术领域

本实用新型涉及拉胀材料领域，具体而言，涉及一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构。

背景技术

目前传统支撑在地震发生时常因屈曲变形而提早断裂，导致结构的刚度和承载力迅速降低。其拉压滞回曲线不对称，能量耗散能力差。屈曲约束支撑是目前国内外广泛研究的各种耗能器中，构造简单、经济耐用、力学模型明确、震后更换方便，适用于工程抗震的一种被动控制耗能器。它有着良好的滞回性能耗散输入的地震能量。

拉胀材料作为超材料的一种，因其独特的变形特性，可以表现出理想的机械性能，其中就有比普通材料更强的能量耗散特性。目前已有研究证明：具有负泊松比效应的开孔屈曲约束支撑具有比普通屈曲约束支撑有着更强的能量耗散能力。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其在受到单向拉伸载荷作用时，在弹性范围内具有较强的拉胀效应，就能够有更强的能量耗散能力，可为市面上为提高建筑物抗震能力而研究设计新型的屈曲约束支撑的人们提供一种具有负泊松比效应的新型样式的结构。

本实用新型的实施例可以这样实现：

本实用新型的实施例提供了一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，包括多个基础单元；

所述基础单元包括在平面内设置的四边形板构件与四边形构件的四条边延伸出去的由两条直边与圆弧边封闭组成的平面板构件；所述四边形板的四条边与两条直边呈夹角设置。

另外，本实用新型的实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀结构还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述四边形板构件为正方形，即正方形的四条边长度相等，任意两边之间的夹角为90°。

可选地，所述四条边与第一类直边之间的夹角相等。

可选地，所述四条边与第二类直边之间的夹角相等。

可选地，所述四条的第一类直边的长度相等。

可选地，所述四条的第二类直边的长度相等。

可选地，连接第一类直边与第二类直边的四个圆弧边弧长相等。

可选地，所述圆弧边所对应的圆心与第一类直边、第二类直边相连接的半径长度相等。

可选地，所述两条半径之间的夹角相等。

可选地，所述多个基础单元线性阵列分布。

本实用新型实施例的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构的有益效果，包括，例如：

该结构包括多个基础单元；基础单元为平面内所设置的薄板构件，其中间部分为正方形，以正方形的四条边为基础，分别向四个方向进行延伸后，以圆弧的形式实现闭环并沿正方形呈周向间隔分布；由多个基础单元进行线性阵列后组成的结构在受到单向拉伸载荷作用时在弹性范围内具有较强的负泊松比效应。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构中的基础单元结构示意图；

图2为本实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构中的多个基础单元线性阵列图；

图3为本实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构中的结构示意图；

图4为本实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构中受轴向拉伸时结构变形前后的对比示意图；

图5为本实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构中受轴向拉伸时结构应变与泊松比关系的对比示意图。

图标：10-具有负泊松比的四节点开孔拉胀结构；100-基础单元； 110-四边形板构件；111-四边形的四条边；120-第一类直边；130-第二类直边；140-圆弧边。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

下面结合图1至图5对本实施例提供的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构10进行详细描述。

请参照图1，本实用新型的实施例提供了一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构10，包括多个基础单元(100)；基础单元(100) 包括在平面内设置的四边形板构件(110)与四边形构件的四条边(111) 延伸出去的由第一类直边(120)、第二类直边(130)与圆弧边(140) 封闭组成的平面板构件；所述四边形板的四条边(111)与第一类直边 (120)、第二类直边(130)呈夹角设置。

“负泊松比(Negative Poisson’s Ratio)”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，材料的横向反而发生收缩。“平面内设置的四边形板构件与四边形构件的四条边(111)延伸出去的由第一类直边(120)、第二类直边(130)与圆弧边(140)封闭组成的平面板构件”是指基础单元是由平面板构件和四边形构件所组成，且平面板构件是由四边形构件所延伸出去的，它们紧密贴合在一起不会处于相交的平面内。

请参照图2以及图3，多个基础单元通过线性阵列后按图示所连接，并进行对基础单元的开孔操作，最后得到了本实用新型的实施例所提供的一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构。

请参照图4，由结构前后对比图可看出，该结构在受到轴向载荷拉伸作用时由每四个基础单元线性阵列后的元胞的相互连接处变形最大。

请参照图5，可看出泊松比值从一开始就逐渐增大，说明该开孔结构具有较强的负泊松比效应，即具有良好的拉胀性能。

继续参照图1，本实施例中，任意两条第一类直边120与四边形平面板边111之间的夹角相等。若改变第一类直边120与四边形平面板边111之间的夹角，结构可能会失去负泊松比效应。

具体地，本实施例中，任意两条第一类直边120与四边形平面板边111之间的夹角为90°。

继续参照图1，本实施例中，任意两条第二类直边130与四边形平面板边111之间的夹角相等。若改变第二类直边130与四边形平面板边111之间的夹角，结构可能会失去负泊松比效应。

具体地，本实施例中，任意两条第二类直边130与四边形平面板边111之间的夹角为45°。

再次参照图2，本实施例中，线性阵列组包括四个基础单元100，且呈手性对称分布。

“手性”是指一个物体不能与其镜像相重合。如我们的双手，左手与互成镜像的右手不重合。本实施例中，每一个线性阵列分布的四个基础单元100，任意相邻的两个基础单元100都呈手性对称分布。

本实施例提供的一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构10至少具有如下优点：

用于开孔的基础单元100呈类似“X”字形分布。中间部分的四边形板的四边111与第一类直边120、第二类直边130之间的夹角分别为90°与45°，它们的夹角是可调的。不同的夹角度数可能得到更好的负泊松比效应，但同时也可能会失去负泊松比效应。

由多个基础单元100通过线性阵列并穿孔得到的结构10有着较强的负泊松比效应。

任意两个基础单元100呈手性对称分布，这样有助于提高该结构 10的拉胀性能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于，包括：

多个基础单元(100)；

所述基础单元(100)包括在平面内设置的四边形板构件(110)；四边形构件的四条边(111)延伸出去的由第一类直边(120)、第二类直边(130)与圆弧边(140)封闭组成的平面板构件；所述四边形板的四条边(111)与第一类直边(120)、第二类直边(130)呈夹角设置。

2.根据权利要求1所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述四边形板构件(110)为正方形，即四边形的四条边(111)长度相等，任意两边之间的夹角为90°。

3.根据权利要求2所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述四条边(111)与第一类直边(120)之间的夹角相等。

4.根据权利要求2所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述四条边(111)与第二类直边(130)之间的夹角相等。

5.根据权利要求3所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述四条第一类直边(120)的长度相等。

6.根据权利要求4所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述四条第二类直边(130)的长度相等。

7.根据权利要求5或6所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：连接第一类直边(120)与第二类直边(130)的四个圆弧边(140)弧长相等。

8.根据权利要求7所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述圆弧边(140)所对应的圆心与第一类直边(120)、第二类直边(130)相连接的半径长度相等。

9.根据权利要求8所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述两条半径之间的夹角相等。

10.根据权利要求1所述的具有负泊松比的四节点拉胀开孔结构，其特征在于：所述多个基础单元(100)线性阵列分布。

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