一种填充混合泊松比超材料的薄壁管制造技术

本发明专利技术公开了一种填充混合泊松比超材料的薄壁管，包括至少一个PPR(PositivePoisson ratio，正泊松比)填充条、至少一个NPR(NegativePoissonratio，负泊松比)填充条以及具有多孔结构的薄壁管本体，所述薄壁管本体的各个孔分别被所述PPR填充条或所述NPR填充条填充；所述PPR填充条由多个PPR胞元依次相连组成，所述PPR胞元由正泊松比超材料制成；所述NPR填充条由多个NPR胞元依次相连组成，所述NPR胞元由负泊松比超材料制成。本发明专利技术所述薄壁管同时填充了由正泊松比超材料制得的PPR填充条和由负泊松比超材料制得的NPR填充条，使其能够同时兼有负泊松比超材料较长的有效压缩行程和正泊松比超材料较高的压缩力平台，能够极大地提升结构的抗冲击和能量吸收能力。够极大地提升结构的抗冲击和能量吸收能力。够极大地提升结构的抗冲击和能量吸收能力。

【技术实现步骤摘要】
一种填充混合泊松比超材料的薄壁管


[0001]本专利技术涉及结构冲击和能量吸收
，特别涉及一种填充混合泊松比超材料的薄壁管。

技术介绍

[0002]薄壁管结构由于具有良好的塑性变形吸能能力，常用于汽车保险杠等各类防撞领域。近年，大量研究表明在薄壁管状结构中填充多孔材料可以改善其耐撞性能和能量吸收特性。这主要是因为填充管在冲击载荷作用下，填充物会与管壁发生耦合相互作用，进一步改变管的变形模式，使得结构吸收冲击能量的能力提升。常用的填充材料包括泡沫材料和轻质超材料等。与传统的泡沫填充管结构相比，超材料填充管结构不仅在能量吸收效率方面表现出了优异的性能，同时更轻质高强。然而，现有超材料填充管结构所采用的超材料均是单一的构型，大部分均采用正或零泊松比结构，该种设计具有有效行程较短的缺点，这会影响其吸能能力。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种填充混合泊松比超材料的薄壁管，通过正泊松比材料和负泊松比材料的耦合效应，提升整体结构的抗冲击能力和能量吸收特性。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种填充混合泊松比超材料的薄壁管，包括至少一个PPR(Positive Poisson ratio，正泊松比)填充条、至少一个NPR(Negative Poisson ratio，负泊松比)填充条以及具有多孔结构的薄壁管本体，所述薄壁管本体的各个孔分别被所述PPR填充条或所述NPR填充条填充；所述PPR填充条由多个PPR胞元依次相连组成，所述PPR胞元由正泊松比超材料制成；所述NPR填充条由多个NPR胞元依次相连组成，所述NPR胞元由负泊松比超材料制成。
[0006]作为优选，所述薄壁管本体为3
×
3结构。
[0007]作为优选，所述PPR填充条设置6根，所述NPR填充条设置3根；其中3根PPR填充条填充在所述薄壁管本体第一列的3个孔中，另外3根PPR填充条填充在所述薄壁管本体第三列的3个孔中，3根所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体第二列的3个孔中。
[0008]作为优选，所述PPR填充条设置3根，所述NPR填充条设置6根；其中3根NPR填充条填充在所述薄壁管本体第一列的3个孔中，另外3根NPR填充条填充在所述薄壁管本体第三列的3个孔中，3根所述PPR填充条填充在所述薄壁管本体第二列的3个孔中。
[0009]作为优选，所述PPR填充条设置4根，所述NPR填充条设置5根；5根所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体对角线的5个孔中，4根所述PPR填充条填充在所述薄壁管本体剩余的4个孔中。
[0010]作为优选，所述PPR填充条设置5根，所述NPR填充条设置4根；5根所述PPR填充条填充在所述薄壁管本体对角线的5个孔中，4根所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体剩余的4个孔中。
[0011]作为优选，所述PPR填充条设置8根，所述NPR填充条设置1根；所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体中心的孔中，8根所述PPR填充条填充在所述薄壁管本体剩余的8个孔中。
[0012]作为优选，所述NPR填充条设置8根，所述PPR填充条设置1根；所述PPR填充条填充在所述薄壁管本体中心的孔中，8根所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体剩余的8个孔中。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本专利技术在薄壁管本体中同时填充了正泊松比超材料和负泊松比超材料，既能合理利用所述正泊松比超材料抵抗载荷的能力强、平台力高、具有正泊松比效应与管壁结构作用力强的优点，又能合理利用负泊松比超材料有效压缩行程较长吸收冲击能量高，提升超材料的使用率的优点；通过正泊松比材料和负泊松比材料的耦合效应，提升整体结构的抗冲击能力和能量吸收特性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1和图2为本专利技术PPR填充条的具体实施例结构示意图；其中(a)为PPR填充条的整体结构示意图，(b)为PPR胞元的结构示意图；
[0017]图3和图4为本专利技术NPR填充条的具体实施例结构示意图；其中(a)为NPR填充条的整体结构示意图，(b)为NPR胞元的结构示意图；
[0018]图5
‑
图10为PPR填充条和NPR填充条在3
×
3薄壁管中的位置分布示意图；其中(a)为本专利技术所述填充混合泊松比超材料的薄壁管的立体结构示意图，(b)为本专利技术所述填充混合泊松比超材料的薄壁管的俯视结构示意图，(c)为各填充条的填充位置示意图；
[0019]图11为本专利技术填充混合泊松比超材料的薄壁管与现有技术仅填充正泊松比或负泊松比超材料的薄壁管的冲击压缩力
‑
位移曲线对比示意图；
[0020]图12为本专利技术填充混合泊松比超材料的薄壁管与现有技术仅填充正泊松比或负泊松比超材料的薄壁管的吸收冲击能量
‑
位移曲线对比示意图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。本专利技术公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0022]本专利技术提供一种填充混合泊松比超材料的薄壁管，包括至少一个PPR填充条、至少一个NPR填充条以及具有多孔结构的薄壁管本体，所述薄壁管本体的各个孔分别被所述PPR填充条或所述NPR填充条填充；所述PPR填充条由多个PPR胞元依次相连组成，所述PPR胞元由正泊松比超材料制成；所述NPR填充条由多个NPR胞元依次相连组成，所述NPR胞元由负泊松比超材料制成。
[0023]在上述实施例中，本专利技术通过同时填充由正泊松比超材料制得的PPR填充条和由负泊松比超材料制得的NPR填充条，能够使超材料填充薄壁管结构同时兼有正、负泊松比超材料各自填充薄壁管的优点，从而提升整体结构的抗冲击能力和吸收冲击能量的效果。
[0024]在一个具体的实施例中，所述PPR填充条如图1或图2所示，所述NPR填充条如图3或图4所示。
[0025]在一个具体的实施例中，所述薄壁管本体为3
×
3结构。
[0026]可选地，如图5所示，所述PPR填充条设置6根，所述NPR填充条设置3根；其中3根PPR填充条填充在所述薄壁管本体第一列的3个孔中，另外3根PPR填充条填充在所述薄壁管本体第三列的3个孔中，3根所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体第二列的3个孔中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种填充混合泊松比超材料的薄壁管，其特征在于，包括至少一个PPR填充条、至少一个NPR填充条以及具有多孔结构的薄壁管本体，所述薄壁管本体的各个孔分别被所述PPR填充条或所述NPR填充条填充；所述PPR填充条由多个PPR胞元依次相连组成，所述PPR胞元由正泊松比超材料制成；所述NPR填充条由多个NPR胞元依次相连组成，所述NPR胞元由负泊松比超材料制成。2.根据权利要求1所述的填充混合泊松比超材料的薄壁管，其特征在于，所述薄壁管本体为3
×
3结构。3.根据权利要求2所述的填充混合泊松比超材料的薄壁管，其特征在于，所述PPR填充条设置6根，所述NPR填充条设置3根；其中3根PPR填充条填充在所述薄壁管本体第一列的3个孔中，另外3根PPR填充条填充在所述薄壁管本体第三列的3个孔中，3根所述NPR填充条填充在所述薄壁管本体第二列的3个孔中。4.根据权利要求2所述的填充混合泊松比超材料的薄壁管，其特征在于，所述PPR填充条设置3根，所述NPR填充条设置6根；其中3根NPR填充条填充在所述薄壁管本体第一列的3个孔中，另外3根NPR填充条填充在所述薄壁管本体第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎，康国政，阚前华，岳磊，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：