一种具有零泊松比的网格结构及其压缩方法技术

本发明专利技术公开了具有零泊松比的网格结构，包括:第一横向拉胀边11、第二横向拉胀边12、第一蛇形折叠斜向蜂窝边21、第二蛇形折叠斜向蜂窝边22、第一横向蜂窝边31和第二横向蜂窝边32；第一横向拉胀边11、第一蛇形折叠斜向蜂窝边21、第二横向拉胀边12和第二蛇形折叠斜向蜂窝边22依次首尾相连，第一蛇形折叠斜向蜂窝边21和第二蛇形折叠斜向蜂窝边22关于所述网格结构的中心轴对称。

【技术实现步骤摘要】
一种具有零泊松比的网格结构及其压缩方法
本专利技术涉及一种网格结构技术，特别涉及一种具有零泊松比的网格结构及其压缩方法。
技术介绍
泊松比是材料的一种基本力学性能，反映了材料受单轴荷载时垂直于荷载方向变形性质。其计算公式为其中，εx是材料的横向应变量，εy是材料的纵向应变量。各向同性材料的泊松比范围在-1到0.5之间。大部分材料的泊松比一般为正值，但是通过改变材料的内部结构也有可能使结构呈现出负泊松比的效果。负泊松比材料由于在压缩时产生横向收缩，结构变得越来越致密，能有效地抵抗压缩荷载，因此在承载、能量吸收等领域有着广泛的应用和良好的前景。而零泊松比材料则在承受纵向荷载的时，横向方向不产生形变。生物界中的软木、软骨、韧带、角膜等组织结构就呈现出接近于零泊松比的特性。零泊松比材料能用在结构对横向应变非常敏感的场合，能防止由于横向应变而产生的失效。常规的网格结构，例如正六边形蜂窝结构或六边形的纯拉胀结构会使结构呈现出正的或负的泊松比，使得结构在受纵向荷载时产生横向收缩或膨胀。
技术实现思路
本专利技术首要的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有零泊松比的网格结构，该网构结构的零泊松比效果与组成该网格结构的材料特性无关。本专利技术的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种所述具有零泊松比的网格结构的压缩方法，该压缩方法通过内部特定边的变形实现了网格结构整体结构的零泊松比。本专利技术的首要目的通过下述技术方案实现：一种具有零泊松比的网格结构，包括：第一横向拉胀边11、第二横向拉胀边12、第一蛇形折叠斜向蜂窝边21、第二蛇形折叠斜向蜂窝边22、第一横向蜂窝边31和第二横向蜂窝边32；所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边21包括依次连接的第一斜向蜂窝边211、第二斜向蜂窝边212、第三斜向蜂窝边213和第四斜向蜂窝边214；第二蛇形折叠斜向蜂窝边22包括依次连接的第五斜向蜂窝边221、第六斜向蜂窝边222、第七斜向蜂窝边223和第八斜向蜂窝边224；所述的第一斜向蜂窝边211、第二斜向蜂窝边212、第三斜向蜂窝边213、第四斜向蜂窝边214、第五斜向蜂窝边221、第六斜向蜂窝边222、第七斜向蜂窝边223和第八斜向蜂窝边224的长度相等；第一斜向蜂窝边211和第二斜向蜂窝边212之间的夹角、第二斜向蜂窝边212和第三斜向蜂窝边213之间的夹角、第三斜向蜂窝边213和第四斜向蜂窝边214之间的夹角、第五斜向蜂窝边221和第六斜向蜂窝边222之间的夹角、第六斜向蜂窝边222和第七斜向蜂窝边223之间的夹角以及第七斜向蜂窝边223和第八斜向蜂窝边224之间的夹角相等；第一横向拉胀边11、第一蛇形折叠斜向蜂窝边21、第二横向拉胀边12和第二蛇形折叠斜向蜂窝边22依次首尾相连，第一横向蜂窝边31与第二斜向蜂窝边212和第三斜向蜂窝边213的交点相连接，第二横向蜂窝边32与第六斜向蜂窝边222和第七斜向蜂窝边223的交点相连接；第一横向蜂窝边31位于第一蛇形折叠斜向蜂窝边21的外侧，第二横向蜂窝边32位于第二蛇形折叠斜向蜂窝边22的外侧。第一横向拉胀边11和第二横向拉胀边12的长度相等；第一横向拉胀边11、第二横向拉胀边12、第一横向蜂窝边31和第二横向蜂窝边32之间两两平行；所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边21和第二蛇形折叠斜向蜂窝边22关于所述网格结构的中心轴对称。所述的第一横向拉胀边11与第一斜向蜂窝边211的夹角、第一横向拉胀边11与第五斜向蜂窝边221的夹角、第二横向拉胀边12与第四斜向蜂窝边214的夹角以及第二横向拉胀边12与第八斜向蜂窝边224之间的夹角均为60°；第一斜向蜂窝边211与第二斜向蜂窝边212的夹角、第一横向蜂窝边31与第二斜向蜂窝边212的夹角以及第二横向蜂窝边32与第六斜向蜂窝边222的夹角均为120°；第一横向蜂窝边31和第二横向蜂窝边32的长度相等；第一横向蜂窝边31、第一斜向蜂窝边211和第一横向拉胀边11的长度比例为1:2:4。通过共用第一横向拉胀边11和第二横向拉胀边12以及把若干个网格结构的第一横向蜂窝边31和第二横向蜂窝边32依次连接，把零泊松比网格结构重复排列。制备所述网格结构的材料为铝板、木板、纸板或高分子材料。制备所述网格结构的方法为滚压成型法、激光焊接法、纸板粘结法、紫外光固化法或快速成型法。本专利技术的另一目的通过以下技术方案实现：一种所述具有零泊松比的网格结构的压缩方法，包括以下步骤：步骤1、对第一横向拉胀边11和第二横向拉胀边12进行压缩；步骤2、第一斜向蜂窝边211和第二斜向蜂窝边212之间的夹角、第二斜向蜂窝边212和第三斜向蜂窝边213之间的夹角、第三斜向蜂窝边213和第四斜向蜂窝边214之间的夹角、第五斜向蜂窝边221和第六斜向蜂窝边222之间的夹角、第六斜向蜂窝边222和第七斜向蜂窝边223之间的夹角、第七斜向蜂窝边223和第八斜向蜂窝边224之间的夹角、第一横向拉胀边11与第一斜向蜂窝边211的夹角、第一横向拉胀边11与第五斜向蜂窝边221的夹角、第二横向拉胀边12与第四斜向蜂窝边214的夹角以及第二横向拉胀边12与第八斜向蜂窝边224之间的夹角减小；第一横向蜂窝边31与第二斜向蜂窝边212的夹角以及第二横向蜂窝边32与第六斜向蜂窝边222的夹角增大；第一横向拉胀边11和第二横向拉胀边12之间的距离、第一横向蜂窝边31和第一横向拉胀边11之间的距离、第一横向蜂窝边31和第二横向拉胀边12之间的距离、第二横向蜂窝边32和第一横向拉胀边11之间的距离以及第二横向蜂窝边32和第二横向拉胀边12之间的距离均缩短；步骤3、第二斜向蜂窝边212和第三斜向蜂窝边213的交点与第六斜向蜂窝边222和第七斜向蜂窝边223的交点之间的距离保持不变，使所述网格结构的横向应变及泊松比均为零。在步骤2中，所述第一横向拉胀边11与第五斜向蜂窝边221的交点、第二横向蜂窝边32与第六斜向蜂窝边222之间的交点以及第五斜向蜂窝边221与第六斜向蜂窝边222之间的交点所受的横向分力均为零，因此，对于第五斜向蜂窝边221有：其中M1为第五蜂窝边221所受的外力弯矩，F1为第五蜂窝边221所受的外力，θ为第五斜向蜂窝边221与第六斜向蜂窝边222之间的夹角的一半。l为第五蜂窝边的长度。以第五斜向蜂窝边221与第六斜向蜂窝边222之间的交点为参考点，由梁弯曲理论得到第一横向拉胀边11与第五斜向蜂窝边221的交点与第五斜向蜂窝边221与第六斜向蜂窝边222之间的交点的相对位移δ1为：其中，EI为第五蜂窝边221的抗弯刚度。所述第一横向拉胀边11与第五斜向蜂窝边221的交点与第五斜向蜂窝边221与第六斜向蜂窝边222之间的交点的横向相对位移δ1h为：对于第六斜向蜂窝边222有：其中，M2为第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有零泊松比的网格结构，其特征在于，包括：第一横向拉胀边(11)、第二横向拉胀边(12)、第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)、第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)、第一横向蜂窝边(31)和第二横向蜂窝边(32)；所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)包括依次连接的第一斜向蜂窝边(211)、第二斜向蜂窝边(212)、第三斜向蜂窝边(213)和第四斜向蜂窝边(214)；第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)包括依次连接的第五斜向蜂窝边(221)、第六斜向蜂窝边(222)、第七斜向蜂窝边(223)和第八斜向蜂窝边(224)；所述的第一斜向蜂窝边(211)、第二斜向蜂窝边(212)、第三斜向蜂窝边(213)、第四斜向蜂窝边(214)、第五斜向蜂窝边(221)、第六斜向蜂窝边(222)、第七斜向蜂窝边(223)和第八斜向蜂窝边(224)的长度相等；第一斜向蜂窝边(211)和第二斜向蜂窝边(212)之间的夹角、第二斜向蜂窝边(212)和第三斜向蜂窝边(213)之间的夹角、第三斜向蜂窝边(213)和第四斜向蜂窝边(214)之间的夹角、第五斜向蜂窝边(221)和第六斜向蜂窝边(222)之间的夹角、第六斜向蜂窝边(222)和第七斜向蜂窝边(223)之间的夹角以及第七斜向蜂窝边(223)和第八斜向蜂窝边(224)之间的夹角相等；第一横向拉胀边(11)、第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)、第二横向拉胀边(12)和第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)依次首尾相连，第一横向蜂窝边(31)与第二斜向蜂窝边(212)和第三斜向蜂窝边(213)的交点相连接，第二横向蜂窝边(32)与第六斜向蜂窝边(222)和第七斜向蜂窝边(223)的交点相连接；第一横向蜂窝边(31)位于第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)的外侧，第二横向蜂窝边(32)位于第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)的外侧；第一横向拉胀边(11)和第二横向拉胀边(12)的长度相等；第一横向拉胀边(11)、第二横向拉胀边(12)、第一横向蜂窝边(31)和第二横向蜂窝边(32)之间两两平行；所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)和第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)关于所述网格结构的中心轴对称。...

【技术特征摘要】
1.一种具有零泊松比的网格结构，其特征在于，包括：第一横向拉胀边(11)、第二横向拉胀边(12)、第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)、第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)、第一横向蜂窝边(31)和第二横向蜂窝边(32)；所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)包括依次连接的第一斜向蜂窝边(211)、第二斜向蜂窝边(212)、第三斜向蜂窝边(213)和第四斜向蜂窝边(214)；第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)包括依次连接的第五斜向蜂窝边(221)、第六斜向蜂窝边(222)、第七斜向蜂窝边(223)和第八斜向蜂窝边(224)；所述的第一斜向蜂窝边(211)、第二斜向蜂窝边(212)、第三斜向蜂窝边(213)、第四斜向蜂窝边(214)、第五斜向蜂窝边(221)、第六斜向蜂窝边(222)、第七斜向蜂窝边(223)和第八斜向蜂窝边(224)的长度相等；第一斜向蜂窝边(211)和第二斜向蜂窝边(212)之间的夹角、第二斜向蜂窝边(212)和第三斜向蜂窝边(213)之间的夹角、第三斜向蜂窝边(213)和第四斜向蜂窝边(214)之间的夹角、第五斜向蜂窝边(221)和第六斜向蜂窝边(222)之间的夹角、第六斜向蜂窝边(222)和第七斜向蜂窝边(223)之间的夹角以及第七斜向蜂窝边(223)和第八斜向蜂窝边(224)之间的夹角相等；第一横向拉胀边(11)、第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)、第二横向拉胀边(12)和第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)依次首尾相连，第一横向蜂窝边(31)与第二斜向蜂窝边(212)和第三斜向蜂窝边(213)的交点相连接，第二横向蜂窝边(32)与第六斜向蜂窝边(222)和第七斜向蜂窝边(223)的交点相连接；第一横向蜂窝边(31)位于第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)的外侧，第二横向蜂窝边(32)位于第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)的外侧；第一横向拉胀边(11)和第二横向拉胀边(12)的长度相等；第一横向拉胀边(11)、第二横向拉胀边(12)、第一横向蜂窝边(31)和第二横向蜂窝边(32)之间两两平行；所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边(21)和第二蛇形折叠斜向蜂窝边(22)关于所述网格结构的中心轴对称。2.根据权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，所述的第一横向拉胀边(11)与第一斜向蜂窝边(211)的夹角、第一横向拉胀边(11)与第五斜向蜂窝边(221)的夹角、第二横向拉胀边(12)与第四斜向蜂窝边(214)的夹角以及第二横向拉胀边(12)与第八斜向蜂窝边(224)之间的夹角均为60°；第一斜向蜂窝边(211)与第二斜向蜂窝边(212)的夹角、第一横向蜂窝边(31)与第二斜向蜂窝边(212)的夹角以及第二横向蜂窝边(32)与第六斜向蜂窝边(222)的夹角均为120°；第一横向蜂窝边(31)和第二横向蜂窝边(32)的长度相等；第一横向蜂窝边(31)、第一斜向蜂窝边(211)和第一横向拉胀边(11)的长度比例为1:2:4。3.根据权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，通过共用第一横向拉胀边(11)和第二横向拉胀边(12)以及把若干个网格结构的第一横向蜂窝边(31)和第二横向蜂窝边(32)依次连接，把所述具有零泊松比的网格结构重复排列。4.根据权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，制备所述网格结构的材料为铝板、木板、纸板或高分子材料；制备所述网格结构的方法为滚压成型法、激光焊接法、纸板粘结法、紫外光固化法或快速成型法。5.根据权利要求4所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，所述的快速成型法为立体光固化成型法、选择性激光烧结法、分层实体制造法和熔积成型法。6.一种权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构的压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对第一横向拉胀边(11)和第二横向拉胀边(12)进行压缩；步骤2、第一斜向蜂窝边(211)和第二斜向蜂窝边(212)之间的夹角、第二斜向蜂窝边(212)和第三斜向蜂窝边(213)之间的夹角、第三斜向蜂窝边(213)和第四斜向蜂窝边(214)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旺玉，黄家乐，汪宁陵，罗远强，林贞琼，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44