一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料及其制备方法，其结构包括多个折纸内凹结构单元，所述折纸内凹结构单元包括四个呈矩阵排布的上斜杆和下斜杆，所述上斜杆和所述下斜杆处设有折纸预折痕，所述上斜杆的上表面设有上杆，所述下斜杆的下表面设有下杆。本发明专利技术能够集负泊松比效果和压扭效果于一身，这样的设计大大提高了吸能盒空间的利用率，目前传统的负泊松比结构中将折纸结构与内凹结构相结合的研究较少。构相结合的研究较少。构相结合的研究较少。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及负泊松比超材料吸能
，尤其是涉及一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现如今，生产生活中大多数的材料是正泊松比材料，这些材料的特性是在受拉时横向收缩，受压时横向膨胀；然而在一些特殊的领域正泊松比材料往往不能满足生产生活的需要，在研究人员的不断探索中，终于发现了一种具有反常力学性能的超材料——负泊松比材料。负泊松比材料的力学性能不同于常见的材料，其在拉伸时横向上膨胀，压缩时在横向上收缩。正是因为这种特殊的力学性能使得负泊松比材料在宏观上乃至微观上都具有一般材料所不具备的特性，负泊松比材料具有良好的抗冲击性、优秀的比吸能和良好的减震性。目前，负泊松比材料已经研究出多种不同的结构模型，例如：手性或反手性结构、重入式结构、铰链结构、嵌入式内凹结构等等。
[0003]交通安全十分的重要，将负泊松比材料或结构运用到交通工具的减震抗震和发生交通事故时的保护装置中，可以大大提高交通工具的安全性，负泊松比材料或结构具有良好的减震性和稳定性，将负泊松比材料的点阵结构放入吸能盒或吸能柱中，能极大的增强吸能盒的刚度和吸能效果，吸能盒用于汽车等交通工具的防碰撞装置，在追求其吸能效果好、安全稳定的同时，也需要其尽可能的利用空间，而传统的内凹结构大多仅仅具有负泊松比效果或仅仅具有压扭效果。
[0004]现有的负泊松比结构大多以传统的内凹结构为主，而使得内凹结构在受压时扭转的结构研究相对较少。除此以外，用作吸能盒内部的点阵结构也是研究人员研究的热点项目之一，但是如今传统的点阵结构大多是受压后内凹，而受压后不仅内凹而且扭转的点阵结构较少，或是占用的空间较大，对于一些对于结构轻量化要求高的特殊场合难以满足，故急需一种轻量化更高、比吸能好且稳定性好的负泊松比超材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料及其制备方法，相比于传统的内凹结构有着更好的吸能效果和稳定性的同时提高了空间的利用率。
[0006]根据本专利技术的一个目的，本专利技术提供一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，包括多个折纸内凹结构单元，所述折纸内凹结构单元包括四个呈矩阵排布的上斜杆和下斜杆，所述上斜杆和所述下斜杆处设有折纸预折痕，所述上斜杆的上表面设有上杆，所述下斜杆的下表面设有下杆。
[0007]进一步地，每个对应的所述上斜杆和所述下斜杆之间呈镜像结构。
[0008]进一步地，所述上杆和所述上斜杆之间具有第一接触面，所述下斜杆和所述下杆之间具有第二接触面。
[0009]进一步地，所述折纸内凹结构单元在x轴、y轴方向阵列三个。
[0010]进一步地，所述上斜杆和所述下斜杆为由细到粗的变刚度设计。
[0011]进一步地，所述上杆、所述下杆、所述上斜杆和所述下斜杆为无缝连接。
[0012]进一步地，所述上斜杆和所述下斜杆的折纸结构的拐角部分较厚。
[0013]根据本专利技术的另一个目的，本专利技术提供上述一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]S1，下斜杆的建立首先是在上视基准面上建一个边长为a的正方形，然后在上视基准面上方距离h/2处建立基准面I，在基准面I上先建立一个与上视基准面中正方形同轴的边长为1.2a的正方形，让其绕轴心旋转θ角度，之后再向左偏移距离d，两个正方形对应的顶点连成线形成两个面；将所得的两个面向后拉伸距离1.2a得到下斜杆；
[0015]S2，将下斜杆以其上表面为镜像面进行镜像得到上斜杆，将右视基准面向左偏移h/2距离得到基准面II，以基准面II与前视基准面的交线为基准轴，将上斜杆和下斜杆绕基准轴圆周阵列四个，将上斜杆接近基准轴的一面上取边长为a的正方形，进行拉伸至下一平面得到上杆，然后再绕基准轴圆周阵列两个；
[0016]S3，结构的下杆是通过下斜杆接近基准轴的一面上取宽为n，长为a的长方形，进行拉伸至下一平面再以拉伸的杆的下表面为镜像面进行镜像得到下杆，再将上杆、下杆、上斜杆、下斜杆向下线性阵列得到单个折纸内凹结构，将所得的单个折纸内凹结构在x轴、y轴方向阵列三个，中间通过下杆无缝连接，最终得到基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料。
[0017]进一步地，所述上斜杆和所述下斜杆的高度相同。
[0018]进一步地，所述下斜杆的上表面正方形边长为1.2a；所述上斜杆的上表面和所述下斜杆的下表面正方形边长为a。
[0019]本专利技术的技术方案能够集负泊松比效果和压扭效果于一身，这样的设计大大提高了吸能盒空间的利用率，目前传统的负泊松比结构中将折纸结构与内凹结构相结合的研究较少。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例的点阵结构示意图结构示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例的斜杆上视图尺寸标注示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例的斜杆尺寸示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例的上杆尺寸标注图；
[0026]图6为本专利技术实施例的下杆尺寸标注图；
[0027]图中，1、上杆；2、第一接触面；3、上斜杆；4、下斜杆；5、第二接触面；6、下杆。
具体实施方式
[0028]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实
施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。
[0030]此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，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。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，包括多个折纸内凹结构单元，所述折纸内凹结构单元包括四个呈矩阵排布的上斜杆和下斜杆，所述上斜杆和所述下斜杆处设有折纸预折痕，所述上斜杆的上表面设有上杆，所述下斜杆的下表面设有下杆。2.根据权利要求1所述的基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，每个对应的所述上斜杆和所述下斜杆之间呈镜像结构。3.根据权利要求1所述的基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，所述上杆和所述上斜杆之间具有第一接触面，所述下斜杆和所述下杆之间具有第二接触面。4.根据权利要求1所述的基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，所述折纸内凹结构单元在x轴、y轴方向阵列三个。5.根据权利要求1所述的基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，所述上斜杆和所述下斜杆为由细到粗的变刚度设计。6.根据权利要求1所述的基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，所述上杆、所述下杆、所述上斜杆和所述下斜杆为无缝连接。7.根据权利要求1所述的基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料，其特征在于，所述上斜杆和所述下斜杆的折纸结构的拐角部分较厚。8.一种基于压扭的折纸内凹负泊松比超材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，下斜杆的建立首先是在上视基准面上建一个边长为a的正方形，然后在上视基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方义，王子杰，张强，汪涛，陈远文，曾荣，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：