一种用于能量吸收的弯曲主导型负泊松比梯度结构 专利技术说明

工程元件,部件;绝热;紧固件装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及缓冲吸能技术领域，具体是一种用于能量吸收的弯曲主导型负泊松比梯度结构。背景技术：2.多孔结构作为目前工程界应用广泛的工程结构，在保持结构强度、刚度的同时具有显著的减重效果，应用在航空航天、兵器装备以及汽车等现代工业领域具有明显的优势。现有多孔结构大多是由周期性排列节点和支板组成的桁架点阵结构，根据节点的连通性，通常可分为弯曲主导和拉伸主导两类，可以用麦克斯韦原理表示。由于拉伸主导结构具有较高的刚度和屈服强度，近年来在结构构件应用中引起了广泛的关注。然而，虽然基于拉伸主导的结构可在外载荷下具有较高的初始载荷峰值，但其在承载过程中韧性较差且容易发生应力集中现象，产生不可控的坍塌模式，同时其载荷-位移曲线波动幅度较大，难以实现精确控制。而且，大多数多孔结构是由相同结构参数的单胞重复排列形成的。技术实现要素：3.本实用新型意在提供一种用于能量吸收的弯曲主导型负泊松比梯度结构，以解决现有多孔结构难以兼顾可控变形与吸能缓震的问题。4.为了达到上述目的，本实用新型的基础方案如下：一种用于能量吸收的弯曲主导型负泊松比梯度结构，包括上承载面板、下承载面板以及位于上承载面板与下承载面板之间的正弦状的弯曲薄壁，每四个所述弯曲薄壁连接成一个薄壁单元，每个所述薄壁单元的位置均能通过其他薄壁单元绕薄壁与薄壁之间的交点顺时针旋转n×90°获得，若干所述弯曲薄壁的壁厚在压缩方向上进行梯度排列。5.进一步，还包括若干凸台，位于顶层的弯曲薄壁通过凸台与上承载面板连接，位于底层的弯曲薄壁通过凸台与下承载面板连接。6.进一步，若干所述弯曲薄壁的壁厚从上至下进行逐渐增大的连续梯度排列。7.进一步，若干所述弯曲薄壁的壁厚从上至下进行先减小后增大对称梯度排列。8.进一步，若干所述弯曲薄壁的壁厚从上至下进行先增大后减小对称梯度排列。9.本方案的有益效果：在外载荷下，多孔结构的纵向的弯曲薄壁起到主要承载作用，并且弯曲薄壁带来的负泊松比效应使得整体结构逐渐向内收缩变形。随后，多孔负泊松比梯度结构首先从薄弱处开始破坏，薄弱处多孔结构破坏后下一层较强的多孔结构仍能承担主要载荷，以此类推，梯度结构起到了交替承载的效果，精确的控制了多孔结构在外载荷下的变形行为。附图说明10.图1为本实用新型实施例一的结构示意图；11.图2为本实用新型实施例二的结构示意图；12.图3为实施例一、实施例二与无梯度设置多孔负泊松比结构在不同横向壁厚下的比能量吸收图。具体实施方式13.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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。14.说明书附图中的附图标记包括：上承载面板1、下承载面板2、弯曲薄壁3、凸台4。15.实施例16.基本如附图1所示：一种用于能量吸收的弯曲主导型负泊松比梯度结构，包括上承载面板1、下承载面板2、若干凸台4以及位于上承载面板1与下承载面板2之间的正弦状的弯曲薄壁3，位于顶层的弯曲薄壁3通过凸台4与上承载面板1连接，位于底层的弯曲薄壁3通过凸台4与下承载面板2连接，每四个弯曲薄壁3连接成一个薄壁单元，每个薄壁单元的位置均能通过其他薄壁单元绕薄壁与薄壁之间的交点顺时针旋转n×90°获得，若干弯曲薄壁3的壁厚从上至下进行逐渐增大的连续梯度排列。17.具体实施过程如下：利用三维建模软件solidworks 2014，在原点处按照方程在一定区间内(如(-7，7)或(-4，4))建立正弦曲线，然后将正弦曲线复制并上移0.8mm，即可获得具有壁厚0.8毫米的弯曲薄壁3，通过将该弯曲薄壁3进行旋转、并在横向阵列，即可获得多孔负泊松比结构在第一层上的排列。同理，将正弦曲线复制并上移1.0mm，即可获得具有壁厚1.0毫米的弯曲薄壁3，通过将该弯曲薄壁3进行旋转、并在横向阵列，即可获得曲壁结构点阵在第二层上的排列。以此类推，即可获得连续梯度多孔负泊松比结构，该结构在不同层具有不同的壁厚。18.实施例二19.基本如附图2所示：本实施例与实施例一的区别仅在于：若干弯曲薄壁3的壁厚从上至下进行先减小后增大对称梯度排列，位于中间的弯曲曲壁的厚度最小。20.具体实施过程如下：利用三维建模软件solidworks 2014，在原点处按照方程在一定区间内(如(-7，7)或(-4，4))建立正弦曲线，然后将正弦曲线复制并上移0.8mm，即可获得具有壁厚0.8毫米的弯曲薄壁3，通过将该弯曲薄壁3进行旋转、并在横向阵列，即可获得多孔负泊松比结构在中间层上的排列。同理，获得具有壁厚1.0毫米的弯曲薄壁3后，通过将该弯曲薄壁3进行旋转、并在横向阵列，即可获得中间层的上面一层和下面一层的排列。以此类推，即可获得以中间层为对称轴的对称梯度多孔负泊松比结构。21.此外，以高性能尼龙为材料通过激光选择性烧结3d打印技术，制备出这两种新型多孔负泊松比梯度结构，连续梯度多孔负泊松比结构质量为26.1g，对称梯度多孔负泊松比结构质量为26.2g。对上述两种多孔梯度结构与无梯度设置多孔负泊松比结构进行准静态压缩试验，获得了在不同横向曲壁厚度下，三种多孔结构的比能量吸收图，结合图3所示，实验结果表明，当横向曲壁壁厚为0.8、1.15和1.5mm时，对称梯度多孔结构的比能量吸收比无梯度设置多孔结构分别提高30.6％、81.5％和63.3％。22.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。23.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。









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