一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu),包含若干依次層疊的吸能層；吸能層包含若干六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞；六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞包含中心圓環(huán)以及第一至第六連接桿；吸能層中六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的旋向相同，且相鄰六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的第一至第六連接桿對(duì)應(yīng)相連、形成陣列；相鄰吸能層的六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的一一對(duì)應(yīng)且旋向相反，相鄰吸能層對(duì)應(yīng)六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞之間均設(shè)有層間螺旋支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)微小結(jié)構(gòu)的層疊，在很大程度上提高結(jié)構(gòu)在達(dá)到屈服極限前的彈性位移，利用較大的位移吸收初始沖擊力，利用較大的反力吸收殘余沖擊，對(duì)于集中、多次、小量級(jí)沖擊能量的吸收具有較大的優(yōu)勢(shì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)涉及負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
目前應(yīng)用在實(shí)際工程中的吸能結(jié)構(gòu)種類繁多，從吸能原理的角度進(jìn)行分類主要有塑性形變吸能以及彈性形變吸能兩種形式，盡管能夠在行業(yè)中發(fā)揮很好的保護(hù)作用，但均存在一定的缺陷。塑性形變吸能裝置如汽車保險(xiǎn)杠中的吸能盒，重要設(shè)施保護(hù)墻中的防撞隔板，飛機(jī)底部的跌落沖擊吸能裝置等，基本為管狀或蜂窩狀二維結(jié)構(gòu)。該類結(jié)構(gòu)主要利用金屬薄壁在受到?jīng)_擊過(guò)程中的塑性壓潰效應(yīng)或破碎效應(yīng)完成對(duì)于沖擊能量的吸收，能夠起到較好的能量吸收效果，但也存在一定的不足，如結(jié)構(gòu)在遭到?jīng)_擊破壞后無(wú)法重復(fù)使用、壓潰前初始沖擊峰值較高而容易產(chǎn)生過(guò)大的初始沖擊載荷、吸能穩(wěn)定性不足、易產(chǎn)生二次沖擊等等。彈性形變吸能裝置以緩沖、減震作用為主，如電梯頂部的減震彈簧，大型機(jī)械設(shè)施底部的抗震層，工程施工中的液壓吸能裝置等。該類結(jié)構(gòu)利用彈性元件或彈性物質(zhì)的彈性形變，能夠在一定程度上吸收一定時(shí)間內(nèi)的多次不均勻沖擊，并反向釋放，從而達(dá)到緩沖的效果。但由于彈性結(jié)構(gòu)的彈性形變范圍有限，不適合大載荷沖擊的能量吸收，易發(fā)生破壞而失效。且結(jié)構(gòu)的吸能模式單一，無(wú)法對(duì)非均勻沖擊能量進(jìn)行有效的吸收。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)
技術(shù)介紹
中所涉及到的缺陷，提供一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)，包含若干依次層疊的吸能層；所述吸能層包含若干六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞；所述六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞包含中心圓環(huán)以及第一至第六連接桿；所述中心圓環(huán)內(nèi)徑為r0、外徑為R；所述第一至第六連接桿均一端和所述中心圓環(huán)的外壁相連、另一端朝外，形成逆時(shí)針或順時(shí)針旋向，且第一至第六連接桿兩條長(zhǎng)邊之間的中線均和所述中心圓環(huán)的外壁相切、形成六個(gè)相切點(diǎn)，所述六個(gè)相切點(diǎn)將中心圓環(huán)的外圈等分位六等分；所述第一至第六連接桿的寬度均為b1；所述中心圓環(huán)、第一至第六連接桿的厚度均為h；所述吸能層中六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的旋向相同，且相鄰六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的第一至第六連接桿對(duì)應(yīng)相連、形成陣列；相鄰吸能層的六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的一一對(duì)應(yīng)且旋向相反，且相鄰吸能層對(duì)應(yīng)六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞之間均設(shè)有層間螺旋支撐結(jié)構(gòu)；所述層間螺旋支撐結(jié)構(gòu)包含第一至第六支撐桿；所述第一至第六支撐桿均為轉(zhuǎn)角θ為60°倍數(shù)的螺旋線、旋向和下層六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的旋向相同、高度為H、螺旋半徑為R，表達(dá)式如下：所述第一至第六支撐桿的上端分別和上層六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的六個(gè)相切點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)相連，下端和下層六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的六個(gè)相切點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)相連。作為本專利技術(shù)一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述第一至第六支撐桿的的橫截面形狀為圓截面、矩形截面、變截面中的任意一種。本專利技術(shù)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1.與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，該結(jié)構(gòu)為三維負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，即當(dāng)結(jié)構(gòu)受到正向載荷沖擊時(shí)，結(jié)構(gòu)體積將會(huì)縮小，結(jié)構(gòu)將會(huì)變得更加緊實(shí)而不易出現(xiàn)局部破壞。且隨著彈性位移的增加，整體結(jié)構(gòu)的等效楊氏模量將會(huì)增加，結(jié)構(gòu)整體的抗壓能力變強(qiáng)；2.在初始較大沖擊下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的較大變形作為緩沖，能夠有效減小初始沖擊峰值，并吸收較多的能量。而結(jié)構(gòu)變形后期由于負(fù)泊松比特性，結(jié)構(gòu)可以在較小的形變下進(jìn)一步吸收剩余能量，從而提高了能量吸收效率；3.在沖擊的分散方面，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒄虻臎_擊有效分解為橫向連接桿的拉伸與彎曲，縱向支撐桿的彎曲與扭轉(zhuǎn)，以及整體結(jié)構(gòu)的壓縮，從而能夠?qū)⒁稽c(diǎn)的集中作用分解到整體結(jié)構(gòu)上(與單元密度相關(guān))，減小對(duì)于結(jié)構(gòu)某一點(diǎn)的沖擊破壞；4.由于結(jié)構(gòu)采用彈性吸能的方式，可以在沖擊吸收完畢后反向釋放，重新回到初始狀態(tài)，因此可以做到長(zhǎng)時(shí)間密集型沖擊吸收，且對(duì)于多種沖擊形式(點(diǎn)沖擊或大面積沖擊)均能保證結(jié)構(gòu)吸能的穩(wěn)定性；5.結(jié)構(gòu)采用多孔隙設(shè)計(jì)，能夠有效減小防護(hù)裝置的質(zhì)量，使吸能結(jié)構(gòu)輕量化，高效化。附圖說(shuō)明圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)分別為本專利技術(shù)中六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞示意圖、吸能結(jié)構(gòu)單元示意圖、7x3空間組合吸能結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)、圖2(b)分別為本專利技術(shù)中六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞幾何設(shè)計(jì)圖、層間螺旋支撐結(jié)構(gòu)幾何設(shè)計(jì)圖；圖3(a)、圖3(b)分別為本專利技術(shù)中7x3空間組合吸能結(jié)構(gòu)變形前正視圖、7x3空間組合吸能結(jié)構(gòu)變形后正視圖；圖4(a)、圖4(b)分別為本專利技術(shù)中7x3空間組合吸能結(jié)構(gòu)變形前俯視圖、7x3空間組合吸能結(jié)構(gòu)變形后俯視圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：本專利技術(shù)可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限于這里所述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以便使本公開(kāi)透徹且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)本專利技術(shù)的范圍。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)放大了組件。本專利技術(shù)公開(kāi)了一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)，包含若干依次層疊的吸能層；所述吸能層包含若干六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞；如圖1(a)所示，所述六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞包含中心圓環(huán)以及第一至第六連接桿；所述中心圓環(huán)內(nèi)徑為r0、外徑為R；所述第一至第六連接桿均一端和所述中心圓環(huán)的外壁相連、另一端朝外，形成逆時(shí)針或順時(shí)針旋向，且第一至第六連接桿兩條長(zhǎng)邊之間的中線均和所述中心圓環(huán)的外壁相切、形成六個(gè)相切點(diǎn)，所述六個(gè)相切點(diǎn)將中心圓環(huán)的外圈等分位六等分；所述第一至第六連接桿的寬度均為b1；所述中心圓環(huán)、第一至第六連接桿的厚度均為h；所述吸能層中六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的旋向相同，且相鄰六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的第一至第六連接桿對(duì)應(yīng)相連、形成陣列；相鄰吸能層的六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的一一對(duì)應(yīng)且旋向相反，且相鄰吸能層對(duì)應(yīng)六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞之間均設(shè)有層間螺旋支撐結(jié)構(gòu)，如圖1(c)所示；所述層間螺旋支撐結(jié)構(gòu)包含第一至第六支撐桿；所述第一至第六支撐桿均為轉(zhuǎn)角θ為60°倍數(shù)的螺旋線、旋向和下層六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的旋向相同、高度為H、螺旋半徑為R，表達(dá)式如下：所述第一至第六支撐桿的上端分別和上層六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的六個(gè)相切點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)相連，下端和下層六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的六個(gè)相切點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)相連，如圖1(b)所示。所述第一至第六支撐桿的的橫截面形狀為圓截面、矩形截面、變截面中的任意一種。六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的結(jié)構(gòu)如附圖2(a)所示。結(jié)構(gòu)中心構(gòu)造線以虛線表示，中心虛線圓半徑為R，第一至第六連接桿中線均與中心的虛線圓相切，相鄰2個(gè)連接桿的方向角均相差60°。根據(jù)實(shí)際受力情況考慮，中心部分主要承受環(huán)狀剪流作用，且主要集中在邊緣(相切點(diǎn))附近，因此可對(duì)中心進(jìn)行挖孔處理，以減小結(jié)構(gòu)重量。中心圓孔半徑直接對(duì)中心圓環(huán)寬度產(chǎn)生影響，設(shè)中心圓環(huán)寬度為b2，6向連接桿的寬度為b1，則中心圓孔的半徑可表示為：而在保證連接桿相切部分寬度連續(xù)的條件下，可知b2＝b1，由此中心圓孔本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含若干依次層疊的吸能層；/n所述吸能層包含若干六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞；/n所述六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞包含中心圓環(huán)以及第一至第六連接桿；所述中心圓環(huán)內(nèi)徑為r

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新型三維手性負(fù)泊松比多胞吸能結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含若干依次層疊的吸能層；
所述吸能層包含若干六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞；
所述六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞包含中心圓環(huán)以及第一至第六連接桿；所述中心圓環(huán)內(nèi)徑為r0、外徑為R；所述第一至第六連接桿均一端和所述中心圓環(huán)的外壁相連、另一端朝外，形成逆時(shí)針或順時(shí)針旋向，且第一至第六連接桿兩條長(zhǎng)邊之間的中線均和所述中心圓環(huán)的外壁相切、形成六個(gè)相切點(diǎn)，所述六個(gè)相切點(diǎn)將中心圓環(huán)的外圈等分位六等分；所述第一至第六連接桿的寬度均為b1；所述中心圓環(huán)、第一至第六連接桿的厚度均為h；
所述吸能層中六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的旋向相同，且相鄰六邊形手性結(jié)構(gòu)單胞的第一至第六連接桿對(duì)應(yīng)相連、形成陣列；
相鄰吸...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：焦重熙，董旭歌，馮新明，劉琦，薛王臻，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32