具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元、单层板和结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元、单层板和结构，其中，三维蜂窝基本单元包括单元框架、斜杆A和支承杆A，单元框架包括四个基本胞元，四个基本胞三维蜂窝元依次通过连接杆首尾连接形成基本单元的框架，由各个基本胞元的竖杆的端点伸出斜杆A汇聚到基本单元内部中轴线处的连接点，连接点处接有伸向基本单元外部的支承杆A，斜杆A将基本胞元连接在一起形成一个整体，增强了基本单元的整体性，使基本单元各部分可协调变形均匀受力。由若干三维蜂窝单层板通过支承杆A和支承杆B连接组成，更适用于制造板式或块式的材料或器件，结构具有良好的稳定性，在三个方向上均具有负泊松比效应。有负泊松比效应。有负泊松比效应。

【技术实现步骤摘要】
具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元、单层板和结构


[0001]本专利技术涉及超材料结构设计
，具体涉及一种具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元、三维蜂窝单层板和三维蜂窝结构。

技术介绍

[0002]负泊松比材料和结构具有与普通材料不同的物理力学性能，在轴向受拉时会产生侧向膨胀，在轴向受压时会产生侧向收缩。已有研究结果表明负泊松比材料在能量吸收、减振性、多孔渗透性、抗剪性和抗断裂性等方面均具有较好的性能，在日常生活和工业生产中均具有广阔的应用前景。例如具有负泊松比特性的板材在受到冲击作用时，附近材料会向冲击点收缩，从而可以吸收更多的能量，减少冲击能量的扩散，起到吸能减振的效果。但是，由于负泊松比材料的制造合成技术不够完善和成熟，目前常用的负泊松比结构的种类不多，尤其是三维负泊松比结构更为稀少。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元，包括单元框架、斜杆A和支承杆A，所述单元框架包括四个呈矩形分布的基本胞元，所述基本胞元为内凹六边形胞元，所述内凹六边形胞元包括平行对称的两根胞元竖杆和四根等长度的胞元斜杆，两根胞元竖杆的顶端和底端分别通过相连的两根胞元斜杆相连，且同一端的两根所述胞元斜杆均向六边形内倾斜；四个所述基本胞元依次通过连接杆首尾连接；所述胞元竖杆与所述胞元斜杆的所有连接点处均连接有斜杆A，且位于所述胞元竖杆顶端的所有斜杆A均向下倾斜并最终连接于第一连接点，位于所述胞元竖杆底端的所有斜杆A均向上倾斜并最终连接于第二连接点；所述第一连接点和所述第二连接点均位于所述单元框架的纵向中心线上；所述第一连接点处、所述第二连接点处以及四个所述基本胞元的每个内凹角处均连接有支承杆A，且所述支承杆A与所述胞元竖杆相互平行设置。
[0005]进一步的，所述第一连接点和所述第二连接点的水平高度分别与所述基本胞元的在上内凹角的顶点和在下内凹角的顶点的水平高度相同；所述支承杆A的长度为所述胞元竖杆长度的一半，且所有所述支承杆A均从连接点处向所述单元框架外侧延伸。
[0006]进一步的，所述三维蜂窝基本单元的尺寸应满足以下关系：
[0007]β＝arctan(2tanθ)
[0008][0009]式中，θ是内凹六边形胞元中胞元竖杆与胞元斜杆的夹角；β是斜杆A与胞元竖杆的夹角；a是胞元斜杆的长度；l是连接杆的长度。
[0010]进一步的，所述胞元竖杆与所述胞元斜杆的夹角大于等于30
°
且小于90
°
。
[0011]本专利技术还提供一种具有负泊松比特性的三维蜂窝单层板，包括单层板骨架、斜杆B
和支承杆B，所述单板骨架包括若干个如上所述的三维蜂窝基本单元，每三个所述三维蜂窝基本单元排列为以所述连接杆为边的三角形形式，这些以三角形形式排列好的三维蜂窝基本单元拼接形成所述单层板骨架，所述单层板骨架内具有若干个六角星区域，围成所述六角星区域的各基本胞元的所述胞元竖杆的端点处均还连接有斜杆B，且位于所述胞元竖杆顶端的所有斜杆B均向下倾斜并最终连接于第三连接点，位于所述胞元竖杆底端的所有斜杆B均向上倾斜并最终连接于第四连接点；所述第三连接点和所述第四连接点均位于所述六角星区域的纵向中心线上；所述第三连接点处和所述第四连接点处均连接有支承杆B，且所述支承杆B与所述胞元竖杆相互平行设置。
[0012]进一步的，所述支承杆B的长度为所述胞元竖杆长度的一半，所有所述支承杆B均从连接点处向所述六角星区域外侧延伸。
[0013]进一步的，所述斜杆B与所述胞元竖杆之间的夹角大小等于所述斜杆A与所述胞元竖杆之间的夹角大小。
[0014]本专利技术还提供一种具有负泊松比特性的三维蜂窝结构，包括至少两层如上所述的三维蜂窝单层板，相邻两层所述三维蜂窝单层板通过所述支承杆A和支承杆B连接。
[0015]相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0016](1)、本专利技术的一种具有负泊松比特性的基本单元，包括单元框架、斜杆A和支承杆A，四个基本胞元通过连接杆首尾相连形成基本单元的框架，由各个基本胞元的竖杆的端点伸出斜杆A汇聚到基本单元内部中轴线处的连接点，连接点处接有伸向基本单元外部的支承杆A，基本单元的框架、斜杆A和支承杆A共同组成负泊松比三维蜂窝结构的基本单元；斜杆A将四个基本胞元连接在一起形成一个整体，增强了基本单元的整体性，使基本单元各部分可协调变形均匀受力。
[0017](2)、本专利技术的一种具有负泊松比特性的三维蜂单层板，通过斜杆B将若干个基本单元连接在一起，增强了三维蜂窝单层板的整体性和稳定性，提升了三维蜂窝单层板的受力性能，并起到协同各个基本单元协调变形的作用。
[0018](3)、本专利技术的一种具有负泊松比特性的三维蜂窝结构，由若干三维蜂窝单层板通过支承杆A和支承杆B连接组成，更适用于制造板式或块式的材料或器件，结构具有良好的稳定性，在三个方向上均具有负泊松比效应。
[0019]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0020]附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：
[0021]图1是本专利技术中基本胞元(内凹六边形胞元)的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术中基本单元的结构示意图；
[0023]图3是图2中基本单元的俯视图；
[0024]图4是图2中基本单元的正视图；
[0025]图5是本专利技术一种具有负泊松比特性的三维蜂窝结构单层板的结构示意图；
[0026]图6是图5中三维蜂窝结构单层板的俯视图；
[0027]其中：1
‑
基本胞元；1.1
‑
胞元竖杆；1.2
‑
胞元斜杆；2
‑
连接杆；3
‑
斜杆A；4
‑
支承杆A，5
‑
斜杆B；6
‑
支承杆B；M
‑
三维蜂窝基本单元；N
‑
三维蜂窝单层板。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0029]请参见图1，本实施例提供了一种具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元，包括单元框架、斜杆A和支承杆A，具体结构如下：
[0030]单元框架包括四个呈矩形分布的基本胞元1，基本胞元1为内凹六边形胞元。如图1所示，内凹六边形胞元包括两根胞元竖杆1.1和四根胞元斜杆1.2，两根胞元竖杆1.1长度相等且左右相互平行，四根胞元斜杆1.2的长度均相等，四根胞元斜杆分为上下两组，每组中的两根胞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有负泊松比特性的三维蜂窝基本单元，其特征在于，包括单元框架、斜杆A和支承杆A，所述单元框架包括四个呈矩形分布的基本胞元，所述基本胞元为内凹六边形胞元(1)，所述内凹六边形胞元包括平行对称的两根胞元竖杆(1.1)和四根等长度的胞元斜杆(1.2)，两根所述胞元竖杆的顶端和底端分别通过相连的两根所述胞元斜杆相连，且同一端的两根所述胞元斜杆均向六边形内倾斜；四个所述基本胞元依次通过连接杆(2)首尾连接；所述胞元竖杆与所述胞元斜杆的所有连接点处均连接有斜杆A(3)，且位于所述胞元竖杆顶端的所有斜杆A均向下倾斜并最终连接于第一连接点，位于所述胞元竖杆底端的所有斜杆A均向上倾斜并最终连接于第二连接点；所述第一连接点和所述第二连接点均位于所述单元框架的纵向中心线上；所述第一连接点处、所述第二连接点处以及四个所述基本胞元的每个内凹角处均连接有支承杆A(4)，且所述支承杆A与所述胞元竖杆相互平行设置。2.根据权利要求1所述的三维蜂窝基本单元，其特征在于，所述第一连接点和所述第二连接点的水平高度分别与所述基本胞元的在上内凹角的顶点和在下内凹角的顶点的水平高度相同；所述支承杆A的长度为所述胞元竖杆长度的一半，且所有所述支承杆A均从连接点处向所述单元框架外侧延伸。3.根据权利要求1所述的三维蜂窝基本单元，其特征在于，所述三维蜂窝基本单元的尺寸应满足以下关系：β＝arctan(2tanθ)式中，θ是内凹六边形胞元中胞元竖杆与胞元斜杆的夹角；β是斜杆A与胞元竖杆的夹角；a是胞元斜杆的长度；l是连接杆的长度。4.根据权利要求1所述的三维蜂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵炼恒，刘乐，赵彪，宋平，曾中林，金昶睿，丘伟兴，邓民，谢周州，
申请(专利权)人：中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司广深铁路股份有限公司广州工务段，
类型：发明
国别省市：