双刚度结构制造技术

一种双刚度智能结构，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个外围菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个外围菱形连杆组合的一个端节点转动连接，外围菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的外围菱形连杆组合的端节点转动连接。本发明专利技术具有两种变形模式且在两种模式中表现出不同的刚度。

Double stiffness structure

A dual-stiffness intelligent structure consisting of several structural elements, each consisting of two concentric rotating central shear connecting rod combinations and several peripheral diamond connecting rod combinations, in which two central shear connecting rod combinations are connected by rotating springs and each central shear connecting rod combination branch is connected by rotating springs. The end is rotated and connected with one end node of an outer diamond connecting rod, and the other two opposite end nodes of the outer diamond connecting rod are rotated and connected with the end nodes of the adjacent peripheral diamond connecting rod respectively. The invention has two modes of deformation and shows different stiffness in two modes.

【技术实现步骤摘要】
双刚度结构
本专利技术涉及的是一种材料结构领域的技术，具体是一种双刚度结构。
技术介绍
材料的刚度是其最为重要的特性之一，反映了某材料在载荷作用下的变形程度。由于应用领域不同，对材料的刚度大小要求也不同。如在基础建设领域一般希望材料具有较高的强度，以在承受较大的载荷时尽量减小变形，避免建筑倒塌；而在减震、缓冲等领域，则希望材料具有较小的刚度，较大的形变，以将目标的动能转换为材料的变形能，增强减震、缓冲的效果。然而在某些情况下，由于载荷的变化范围较大，具有单一刚度的材料就会出现对较小的载荷变化不敏感(刚度较大的材料)或在较大的载荷下被破坏的情况(刚度较小的材料)。
技术实现思路
本专利技术针对现有单一刚度材料面对大范围的载荷变化无法提供合适的形变的问题，提出一种双刚度智能结构，具有两种变形模式且在两种模式中表现出不同的刚度。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种双刚度智能结构，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个外围菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个外围菱形连杆组合的一个端节点转动连接，外围菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的外围菱形连杆组合的端节点转动连接。所述的中央剪式连杆组合包括：三个以上一端通过中央铰链固定连接的中央剪式连杆，每个分支中央剪式连杆以中央铰链为中心均匀分布。所述的外围菱形连杆组合包括四根外围菱形连杆收尾依次转动连接组成。所述的外围菱形连杆组合的第四个端节点用于与相邻的另一个结构单元的外围菱形连杆组合转动连接或者不与任何节点相连。所有结构单元中的旋转弹簧的刚度系数均相同且为固定值k。所述的中央剪式连杆组合的节点数、分支数与外围菱形连杆组合的个数、形状满足：当中央剪式连杆组合的分支数目为n，则其节点数目为n+1，外围菱形连杆组合的数量为2n，外围菱形连杆组合的形状由其一个内角的角度确定，其大小为2π/n。所述的结构单元的排列方式是沿水平、竖直方向排列，相邻两单元的距离分别为其结构单元的宽度、高度。技术效果与现有技术相比，本专利技术利用上述结构在不同运动模式下具有不同的刚度这一特性，通过改变载荷点的位置，可以自主选择所需的运动模式及其结构刚度，从而实现了在不同的载荷下改变刚度的功能。进一步地，根据我们提供的载荷-位移曲线，还可以计算出给定载荷下的结构变形程度，即该智能结构的应变大小。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图中：a～d为MS-6、MS-8、MS-10、MS-12；图2为本专利技术的运动模式示意图；图3为本专利技术的载荷位置与运动模式的关系图；图4为本专利技术的载荷-位移曲线图；图5为本专利技术的平铺示意图；图中：a～d为MS-6、MS-8、MS-10、MS-12；图中：1为MS-6(Motionstructureswith6-foldrotationalsymmetry，具有六重旋转对称性的可动结构)外围菱形连杆、2为MS-6中央剪式连杆、3为MS-6旋转弹簧、4为MS-8(Motionstructureswith8-foldrotationalsymmetry，具有八重旋转对称性的可动结构)外围菱形连杆、5为MS-8中央剪式连杆、6为MS-8旋转弹簧、7为MS-10(Motionstructureswith10-foldrotationalsymmetry，具有十重旋转对称性的可动结构)外围菱形连杆、8为MS-10中央剪式连杆、9为MS-10旋转弹簧、10为MS-12(Motionstructureswith12-foldrotationalsymmetry，具有十二重旋转对称性的可动结构)外围菱形连杆、11为MS-12中央剪式连杆、12为MS-12旋转弹簧。具体实施方式如图1所示，为本专利技术所述的四种双刚度智能结构，分别为六重旋转对称性可动结构MS-6、八重旋转对称性可动结构MS-8、十重旋转对称性可动结构MS-10、十二重旋转对称性可动结构MS-12。如图1a所示，为MS-6双刚度智能结构的一个结构单元，其中不同的零件用不同的线型表示，其包括六个MS-6外围菱形连杆1组合、两个(实线和虚线)MS-6中央剪式连杆2组合、一个MS-6旋转弹簧3；如图1a中虚线方框所示，每个MS-6外围菱形连杆1组合具有四个节点，每个MS-6中央剪式连杆2组合具有三个分支和四个节点，两个MS-6中央剪式连杆2组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-6中央剪式连杆2组合的分支与一个MS-6外围菱形连杆1组合转动连接，每个MS-6外围菱形连杆1组合与两个相邻的MS-6外围菱形连杆1组合转动连接。MS-6旋转弹簧3设置于中央铰链处。如图1b所示，为MS-8双刚度智能结构的一个结构单元，其包括八个MS-8外围菱形连杆4组合、两个MS-8中央剪式连杆5组合、一个MS-8旋转弹簧6，如图1中虚线方框所示。每个MS-8外围菱形连杆4组合具有四个节点，每个MS-8中央剪式连杆5组合具有四个分支和五个节点。两个MS-8中央剪式连杆5组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-8中央剪式连杆5组合的分支与一个MS-8外围菱形连杆4组合相转动连接，每个MS-8外围菱形连杆4组合还与两个相邻的MS-8外围菱形连杆4组合相转动连接。MS-8旋转弹簧6设置于中央铰链处。如图1c所示，为MS-10双刚度智能结构的一个结构单元，其包括十个MS-10外围菱形连杆7组合、两个MS-10中央剪式连杆8组合、一个MS-10旋转弹簧9，如图1中虚线方框所示。每个MS-10外围菱形连杆7组合具有四个节点，每个MS-10中央剪式连杆8组合具有五个分支和六个节点。两个MS-10中央剪式连杆8组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-10中央剪式连杆8组合的分支与一个MS-10外围菱形连杆7组合相转动连接，每个MS-10外围菱形连杆7组合还与两个相邻的MS-10外围菱形连杆7组合相转动连接。MS-10旋转弹簧9设置于中央铰链处。如图1d所示，为MS-12双刚度智能结构的一个结构单元，其包括十二个MS-12外围菱形连杆10组合、两个MS-12中央剪式连杆11组合、一个MS-12旋转弹簧10，如图1中虚线方框所示。每个MS-12外围菱形连杆10组合具有四个节点，每个MS-12中央剪式连杆11组合具有六个分支和七个节点。两个MS-12中央剪式连杆11组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-12中央剪式连杆11组合的分支与一个MS-12外围菱形连杆10组合相转动连接，每个MS-12外围菱形连杆10组合还与两个相邻的MS-12外围菱形连杆10组合相转动连接。MS-12旋转弹簧12设置于中央铰链处。如图2所示，在初始状态下，两个MS-6中央剪式连杆2组合的六个分支绕中央铰链均匀分布，且此时的MS-6旋转弹簧3处于原长状态。在一定的载荷作用下，MS-6具有两种运动模式：模式1、模式2，如图2左栏、右栏所示。同理，在初始状态下，MS-8、MS-10、MS-12的中央剪式连杆组合的各个分支也是绕中央铰链均匀分布的，且其对应的旋转弹簧均处于原长状态。如图3所示，根据载荷点的位置不同，MS-6、MS-8、MS-10、MS-12(统称为MS-N)可以在两种运动模式之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双刚度智能结构，其特征在于，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个外围菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个外围菱形连杆组合的一个端节点转动连接，外围菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的外围菱形连杆组合的端节点转动连接；所述的双刚度智能结构具有初始状态以及两种运动模式，其中：初始状态为两个中央剪式连杆组合的以中央铰链为圆心均匀圆周分布且此时旋转弹簧处于原长；第一和第二运动模式分别为活动中央剪式连杆相对于固定中央剪式连杆的顺时针旋转与逆时针旋转，对应着旋转弹簧的拉伸和压缩，通过初始状态以及两种运动模式该双刚度智能结构表现出不同的刚度，并随着载荷的作用点在该结构上移动触发不同的运动模式，进而产生对应的刚度。

【技术特征摘要】
1.一种双刚度智能结构，其特征在于，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个外围菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个外围菱形连杆组合的一个端节点转动连接，外围菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的外围菱形连杆组合的端节点转动连接；所述的双刚度智能结构具有初始状态以及两种运动模式，其中：初始状态为两个中央剪式连杆组合的以中央铰链为圆心均匀圆周分布且此时旋转弹簧处于原长；第一和第二运动模式分别为活动中央剪式连杆相对于固定中央剪式连杆的顺时针旋转与逆时针旋转，对应着旋转弹簧的拉伸和压缩，通过初始状态以及两种运动模式该双刚度智能结构表现出不同的刚度，并随着载荷的作用点在该结构上移动触发不同的运动模式，进而产生对应的刚度。2.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所述的中央剪式连杆组合包括：三个以上一端通过中央铰链固定连接的中央剪式连杆，每个分支中央剪式连杆以中央铰链为中心均匀分布。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志铭，朱宰亨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31