具有双向零泊松比效应的新型结构及其加载方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双向零泊松比效应的新型结构及加载方法，涉及结构设计制造技术领域，该新型结构包括结构单元，结构单元包括：连接壁组件，包括4个连接壁单元，连接壁单元的横截面的轮廓呈现为方形，4个连接壁单元矩形阵列设置；连接组件，包括4个连接单元，4个连接单元以连接壁组件的中心为圆心圆形阵列设置，每个连接单元位于相邻两个所述连接壁单元之间，每个连接单元的两端分别与相邻两个连接壁单元连接。该新型结构，能够在二维平面的两个方向上提供零泊松比效应；该新型结构由多个结构单元矩形阵列而成，新型结构的泊松比效应与材料的泊松比无相关性；该新型结构具有结构简单的特点，没有复杂的曲线设计，能够简化生产工艺。工艺。工艺。

【技术实现步骤摘要】
具有双向零泊松比效应的新型结构及其加载方法


[0001]本专利技术涉及结构设计制造
，特别涉及一种具有双向零泊松比效应的新型结构及其加载方法。

技术介绍

[0002]多孔胞状材料结构具有轻质、多功能的特性，一直被应用于隔热、包装、结构性、漂浮性等领域。泊松比主要反映材料横向变形的弹性常数及在单向受拉或受压时，横向应变与轴向应变的负比值。零泊松比结构则是在承受单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值为0，即结构在承受纵向载荷时，横向不产生应变。这种结构材料适用于对非受力承载方向的形变敏感的领域。在现有的结构设计中，其零泊松比效应只针对于一个方向，二维结构中兼具横向和纵向零泊松比效应的结构相对较少。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种具有双向零泊松比效应的新型结构。
[0004]本专利技术还提出一种具有双向零泊松比效应的结构的加载方法。
[0005]本专利技术的第一方面实施例的具有双向零泊松比效应的新型结构，包括结构单元，所述结构单元包括：连接壁组件，包括4个连接壁单元，所述连接壁单元的横截面的轮廓呈现为方形，4个所述连接壁单元矩形阵列设置；连接组件，包括4个连接单元，4个所述连接单元以所述连接壁组件的中心为圆心圆形阵列设置，每个所述连接单元位于相邻两个所述连接壁单元之间，每个所述连接单元的两端分别与相邻两个所述连接壁单元连接；所述连接单元包括斜边一、斜边二、斜边三及斜边四，所述斜边一与所述斜边三平行，所述斜边二与所述斜边四平行，所述斜边一、所述斜边二、所述斜边三及所述斜边四的长度均相等，所述斜边一的一端与所述斜边二的一端连接，所述连接单元呈现为向所述连接壁组件的中心折叠。
[0006]根据本专利技术的实施例，所述连接壁单元的边长为H，所述斜边一的长度为L，H与L之比为
ɑ
，满足：α＞0.2。
[0007]根据本专利技术的实施例，所述α＝0.5。
[0008]根据本专利技术的实施例，所述连接壁单元的厚度为t，t与L之比为β，满足：β＜0.1。
[0009]根据本专利技术的实施例，所述β＝0.05。
[0010]根据本专利技术的实施例，所述斜边一与所述斜边二之间的夹角为2θ，满足：90
°
＜2θ＜ 180
°
。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述夹角等于120
°
。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述具有双向零泊松比效应的新型结构由所述结构单元矩形阵列而成。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述具有双向零泊松比效应的新型结构能够通过片材堆积
法、模具浇筑法、快速成型法、挤压成型法或光固化法的其中一种方法制备而成。
[0014]本专利技术第二方面实施例的加载方法，对如上所述的具有双向零泊松比效应的新型结构进行加载，包括如下步骤：
[0015]对结构单元施加单向应力，应力作用于方形的结构单元的左右两侧的连接壁单元的边上；或
[0016]对结构单元进行双向加载，应力作用于结构单元左侧、右侧以及上方的连接壁单元的边上。
[0017]本专利技术实施例的具有双向泊松比效应的新型结构，至少具有如下有益效果：本专利技术实施例提出了一种具备双向零泊松比效应的新型结构，能够在二维平面的两个方向上提供零泊松比效应；该新型结构由多个结构单元矩形阵列而成，新型结构的泊松比效应与材料的泊松比无相关性；本专利技术实施例的具有双向零泊松比效应的新型结构具有结构简单的特点，没有复杂的曲线设计，能够简化生产工艺，从而达到降低生产成本的目的。
[0018]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0020]图1为本专利技术实施例中结构单元的结构示意图；
[0021]图2为图1的左视示意图；
[0022]图3为本实施例的具有双向零泊松比效应的新型结构的结构示意图；
[0023]图4为本实施例中的结构单元受单向力的变形示意图；
[0024]图5为本实施例中的结构单元受双向力的变形示意图；
[0025]图6a为结构单元以方式一加载时第二斜边四的受力分析示意图；
[0026]图6b为结构单元以方式二加载时第一斜边二的受力分析示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例的具有双向零泊松比效应的新型结构加载时的整体受压边形图；
[0028]图8为本专利技术实施例的具有双向零泊松比效应的新型结构及其加载方式的基于有限元仿真的不同应力作用下泊松比稳定性示意图。
[0029]附图标记：
[0030]具有双向零泊松比效应的新型结构1；
[0031]连接壁单元10，第一连接壁单元11，第二连接壁单元12，第三连接壁单元13，第四连接壁单元14；
[0032]连接单元20，第一连接单元21，第二连接单元22，第三连接单元23，第四连接单元24；
[0033]斜边一201，第一斜边一201a，第二斜边一201b，第三斜边一201c，第四斜边一201d，
[0034]斜边二202，第一斜边二202a，第二斜边二202b，第三斜边二202c，第四斜边二202d，
[0035]斜边三203，第一斜边三203a，第二斜边三203b，第三斜边三203c，第四斜边三
203d，
[0036]斜边四204，第一斜边四204a，第二斜边四204b，第三斜边四204c，第四斜边四204d。
具体实施方式
[0037]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0038]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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专利技术的限制。
[0039]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0040]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0041]本专利技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双向零泊松比效应的新型结构，其特征在于，包括结构单元，所述结构单元包括：连接壁组件，包括4个连接壁单元，所述连接壁单元的横截面的轮廓呈现为方形，4个所述连接壁单元矩形阵列设置；连接组件，包括4个连接单元，4个所述连接单元以所述连接壁组件的中心为圆心圆形阵列设置，每个所述连接单元位于相邻两个所述连接壁单元之间，每个所述连接单元的两端分别与相邻两个所述连接壁单元连接；所述连接单元包括斜边一、斜边二、斜边三及斜边四，所述斜边一与所述斜边三平行，所述斜边二与所述斜边四平行，所述斜边一、所述斜边二、所述斜边三及所述斜边四的长度均相等，所述斜边一的一端与所述斜边二的一端连接，所述连接单元呈现为向所述连接壁组件的中心折叠。2.根据权利要求1所述的具有双向零泊松比效应的新型结构，其特征在于，所述连接壁单元的边长为H，所述斜边一的长度为L，H与L之比为
ɑ
，满足：α＞0.2。3.根据权利要求2所述的具有双向零泊松比效应的新型结构，其特征在于，所述α＝0.5。4.根据权利要求2所述的具有双向零泊松比效应的新型结构，其特征在于，所述连接壁单元的厚度为t，t与L之比为β，满足：β＜0.1。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旺玉，张玉龙，郭正强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：