【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于力學(xué)超材料，具體涉及一種負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)及負(fù)泊松比材料。
技術(shù)介紹
1、超材料是指人們在不違背基本的物理學(xué)規(guī)律的前提下，人工設(shè)計出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料，其在吸能耗能、聲學(xué)、光學(xué)、機(jī)械性能等方面具有極大的優(yōu)勢。超材料的性能不僅由其組成的基本材料的性能所決定，而且和它們被設(shè)計成的結(jié)構(gòu)有關(guān)。力學(xué)超材料是超材料中的一大類，是指具有反直覺機(jī)械性能的人造材料，又稱機(jī)械超材料，如負(fù)泊松比材料、負(fù)壓縮性材料、負(fù)熱膨脹材料、負(fù)剛度材料等等。
2、負(fù)泊松比材料又稱拉漲材料，其泊松比為負(fù)值。在常規(guī)材料中，當(dāng)受到外力拉伸時，材料通常會在垂直于拉伸方向上發(fā)生收縮，這種現(xiàn)象被稱為正泊松比效應(yīng)。然而負(fù)泊松比材料卻展現(xiàn)出一種截然不同的行為，當(dāng)它們受到拉伸時，反而會在垂直于拉伸方向上發(fā)生膨脹。這種獨特的性質(zhì)使得負(fù)泊松比材料在多個工程領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價值。
3、以航空航天領(lǐng)域為例，傳統(tǒng)的正泊松比材料在受到外力作用時，往往會在某些方向上產(chǎn)生不必要的應(yīng)力集中，這可能導(dǎo)致材料的損壞或性能下降。而負(fù)泊松比材料則能夠更有效地分散這些應(yīng)力，從而提高材料的整體強度和耐久性。除了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件外，負(fù)泊松比材料還可被用于如飛機(jī)的減振降噪、熱防護(hù)等其他創(chuàng)新應(yīng)用。此外，負(fù)泊松比材料還具有優(yōu)異的能量吸收能力，可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力和抗疲勞性能，這使得它們在防護(hù)裝備、減震材料等方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。
4、雖然自然界中存在一些具有負(fù)泊松比效應(yīng)的天然材料，但這些材料的性能往往難以滿足工程應(yīng)用的需求。因此，通
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)及負(fù)泊松比材料，其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，有助于解決工程領(lǐng)域中因應(yīng)力集中引起的材料損壞或性能下降問題，而且拓展了超材料的種類。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，包括相連接的四角星型單元和雙箭頭單元；
3、所述四角星型單元包括一個四角星型主體，所述四角星型主體由四個相同的第一v形桿體通過開口端順次連接合圍而成，相鄰兩個第一v形桿體的連接處形成指向四角星型主體形心的第一內(nèi)凹部，每個第一內(nèi)凹部的外側(cè)還連接有第一連桿，每個第一連桿的延長線經(jīng)過四角星型主體的形心；
4、所述雙箭頭單元包括雙箭頭主體，雙箭頭主體由一個第二v形桿體以開口端兩個端點連線為對稱軸經(jīng)一次鏡像構(gòu)成，第二v形桿體的兩根桿體長度不同，所述雙箭頭主體對稱軸上的一端為外凸的箭頭尖端，另一端為第二內(nèi)凹部，第二內(nèi)凹部的外側(cè)連接有第二連桿，第二連桿的延長線經(jīng)過所述箭頭尖端；
5、所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)包括單側(cè)箭頭構(gòu)型和雙側(cè)箭頭構(gòu)型，在單側(cè)箭頭構(gòu)型中，所述四角星型單元的一側(cè)設(shè)置一個所述的雙箭頭單元，雙箭頭單元中雙箭頭主體的箭頭尖端與所述的第一連桿連接；在雙側(cè)箭頭構(gòu)型中，所述四角星型單元的相對兩側(cè)設(shè)置兩個所述的雙箭頭單元，兩個雙箭頭單元中的箭頭尖端與相對應(yīng)的第一連桿連接。
6、進(jìn)一步的，以四角星型主體的形心為坐標(biāo)原點建立笛卡爾直角坐標(biāo)系，橫向為x軸，縱向為y軸；所述雙箭頭單元的箭頭尖端和第二內(nèi)凹部均位于y軸上，組成雙箭頭主體的兩個第二v形桿體的頂點分別與同側(cè)的第一連桿的端部具有同一橫向坐標(biāo)。
7、更進(jìn)一步的，所述第一v形桿體的頂角為θ，第一v形桿體與相鄰第一連桿的夾角為γ，且θ+90°=2γ。
8、本專利技術(shù)還提出又一種實施方式：一種負(fù)泊松比材料，包括多個以上所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)通過平面內(nèi)的周期性排列得到二維多胞結(jié)構(gòu)。
9、作為一種具體實施方式，當(dāng)所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)為單側(cè)箭頭構(gòu)型時，多個負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)沿y軸方向周期排列，相鄰兩個負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)中位于y軸上的第一連桿和第二連桿端部相連接，然后再沿x軸方向反復(fù)鏡像得到二維多胞結(jié)構(gòu)。
10、作為一種具體實施方式，當(dāng)所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)為雙側(cè)箭頭構(gòu)型時，多個負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)沿x軸方向周期排列形成橫向單元，相鄰兩個負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)中位于x軸上的兩個第一連桿端部相接，雙箭頭單元的第二v形桿體的頂點相接；然后多排橫向單元沿y軸排列，并且相鄰排橫向單元沿x軸錯開一定的距離，得到二維多胞結(jié)構(gòu)，所錯開的距離為星型主體形心到x軸上第一連桿端部的長度。
11、進(jìn)一步的，同為奇數(shù)排或同為偶數(shù)排的橫向單元在y軸上互為鏡像關(guān)系。
12、本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)采用四角星型單元與雙箭頭單元組合構(gòu)成二維單胞結(jié)構(gòu)，并根據(jù)排列方式不同設(shè)計具有可調(diào)節(jié)泊松比的二維多胞結(jié)構(gòu)，以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了負(fù)泊松比特性。當(dāng)材料受拉伸或壓縮變化時，構(gòu)成材料的各個桿件發(fā)生軸向伸長或縮短，由于各個桿件幾何參數(shù)可調(diào)節(jié)，導(dǎo)致材料的宏觀泊松比在正、近零、負(fù)之間變化，本專利技術(shù)可應(yīng)用于提高結(jié)構(gòu)安全性及輕量化的設(shè)計中。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括相連接的四角星型單元和雙箭頭單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：以四角星型主體的形心為坐標(biāo)原點建立笛卡爾直角坐標(biāo)系，橫向為X軸，縱向為Y軸；所述雙箭頭單元的箭頭尖端和第二內(nèi)凹部均位于Y軸上，組成雙箭頭主體的兩個第二V形桿體的頂點分別與同側(cè)的第一連桿的端部具有同一橫向坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一V形桿體的頂角為θ，第一V形桿體與相鄰第一連桿的夾角為γ，且θ+90°=2γ。
4.一種負(fù)泊松比材料，包括多個如權(quán)利要求2或3所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)通過平面內(nèi)的周期性排列得到二維多胞結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種負(fù)泊松比材料，其特征在于：當(dāng)所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)為單側(cè)箭頭構(gòu)型時，多個負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)沿Y軸方向周期排列，相鄰兩個負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)中位于Y軸上的第一連桿和第二連桿端部相連接，然后再沿X軸方向反復(fù)鏡像得到二維多胞結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種負(fù)泊松比材料，其特征在于：同為奇數(shù)排或同為偶數(shù)排的橫向單元在Y軸上互為鏡像關(guān)系。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括相連接的四角星型單元和雙箭頭單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：以四角星型主體的形心為坐標(biāo)原點建立笛卡爾直角坐標(biāo)系，橫向為x軸，縱向為y軸；所述雙箭頭單元的箭頭尖端和第二內(nèi)凹部均位于y軸上，組成雙箭頭主體的兩個第二v形桿體的頂點分別與同側(cè)的第一連桿的端部具有同一橫向坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一v形桿體的頂角為θ，第一v形桿體與相鄰第一連桿的夾角為γ，且θ+90°=2γ。
4.一種負(fù)泊松比材料，包括多個如權(quán)利要求2或3所述的負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述負(fù)泊松比二維單胞結(jié)構(gòu)通過平面內(nèi)的周期性排列得到二維多胞結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種負(fù)泊松比材料，其特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋新雨，王文勝，張一晨，陳明明，劉志博，
申請(專利權(quán))人：河南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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