一种具有负泊松比效应的双肩背包的制作方法

本实用新型涉及一种新型背包设计的技术领域，尤其涉及到一种负泊松比夹层双肩背包。

背景技术：

负泊松比旋转多边形结构是负泊松比材料的一大类，旋转系统一般由刚性多边形通过顶点铰接构成旋转多边形结构的泊松比可正可负，主要取决于多边形的组合方式及系统的开放程度等，其原理是系统受拉(压)时，多边形绕其顶点旋转展开使结构整体发生膨胀(压缩)。负泊松比三维三箭头结构，由三角形模型演变而来，当其内凹角度达到一定程度，结构即会产生负泊松比效应。手性结构是一种被广泛研究的胞状负泊松比结构，根据每个刚性节点连接的切向杆的数量，可将手性结构分为三切向杆手性结构、四切向杆手性结构和六切向杆手性结构等，其产生负泊松比效应的机理是：当结构横向受拉时，刚性节点受力旋转，切向杆也随之旋转张开产生负泊松比效应。

当人们出远门工作学习的时候，需要携带一些必要的物品，双肩包最大的优势就是出行的时候能够解放双手，因此在我们的生活中就尤为重要。但传统的双肩包在携带物品过多装不下的时候我们就不得不有所舍弃。同时，背包的舒适性也受到设计人员的广泛关注，当前大部分的背包采用的是在背带部分设置不同材质的夹层垫，以起到缓冲和保护作用。而负泊松比多孔材料具有拉胀压缩的特殊性质，因此能够制作背包的扩充层及缓冲保护层，将其应用在背包上则可以扩充背包容量且为使用者提供更好的舒适性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有双肩背包的一些缺陷，利用负泊松比泡沫材料的特殊性质相结合来制造出一种背包夹层，代替现有的背包填充材料制成新型实用背包。设计的背包能够根据需要扩大容量，同时减缓背包对人体的压力以增强背包的舒适性。

本实用新型采用的技术方案为：一种具有负泊松比效应的双肩背包，包括背包扩容层和背包受压层；

所述背包扩容层包括背包外部和背包侧部，所述背包扩容层设置负泊松比结构材料夹层，该夹层采用旋转正方形结构，相邻正方形之间夹角θ扩容作用的变化范围为0°＜θ＜90°；

所述背包受压层包括背包后背、背包底部、背包提手和背包背带，所述背包受压层设置负泊松比结构材料夹层，该夹层采用三维双箭头结构；

所述背包扩容层中负泊松比结构材料夹层厚度t2与内外折叠层布料厚度t1的关系满足8＜t2/t1＜10。

所述背包扩容层中负泊松比结构材料夹层与内外折叠层布料的长、宽尺寸相同；

所述背包受压层中负泊松比结构材料夹层厚度d2与外层布料厚度d1的关系满足20＜d2/d1＜26；

所述双肩背包的长度c与高度b的关系满足0.6＜c/b＜0.7；

所述双肩背包的宽度a与高度b的关系满足0.3＜a/b＜0.4。

所述双肩背包整体尺寸可按照用途及需求制作。所述背包扩容层也可以采用旋转多边形结构夹层、二维内凹三角形结构夹层及二维内凹六边形蜂窝结构夹层，所述背包受压层也可以采用圆形环手性结构夹层、变换手性结构夹层、二维内凹三角形结构夹层及二维内凹六边形蜂窝结构夹层。

上述一种具有负泊松比效应的双肩背包设计方法，包括以下步骤：

1)根据背包的用途确定其各组成部分的尺寸，包括背包长c宽a高b以及上部圆弧部分半径d的长度；

2)设计背包扩容层中负泊松比结构材料夹层为具有周期性重复的旋转正方形结构，在确定其尺寸之后采用负泊松比泡沫材料为基材制造；

3)设计背包受压层中负泊松比结构材料夹层为具有周期性重复的三维双箭头结构，在确定其尺寸之后以负泊松比泡沫材料为基材制造；

4)将背包受压层与背包扩容层结构中负泊松比结构材料夹层与内外层布料组合为三层的双肩背包主体部分，缝制成新型的扩容减震背包；

5)上述步骤制造的扩容减震背包在背包满载时使外部的背包扩容层收拉，产生负泊松比效应，背包扩容层拉胀使折叠层打开，从而起到了扩充背包容量的作用，扩充的容量大小与背包折叠层的布料折叠数目相关，根据用途及需要设置扩充容量的大小；背包受压层受压，由于负泊松比结构的特性，使用者背起来更加舒适。

有益效果：本实用新型设计出的负泊松比结构的双肩背包，在背包满载时扩容层结构受拉，其中的负泊松比夹层向外膨胀，则可以装下更多的物品，有效地起到了背包扩容的作用；由于背部结构及背带结构的负泊松比夹层存在，受压时发挥了负泊松比结构的缓冲和保护作用，使背包背起来更加舒适。

附图说明

图1为本实用新型双肩背包的立体图；

图2为图1的正视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图1的俯视图；

图5为背包受压层结构示意图；

图6为图5的侧视图；

图7为背包扩容层结构示意图；

图8为背包扩容层中负泊松比结构材料夹层示意图；

图9为二维内凹三角形结构示意图；

图10为二维内凹六边形蜂窝结构示意图；

图11为圆形环手性负泊松比结构示意图；

图12为变换手性结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步描述：

如图1-8所示，一种具有负泊松比效应的双肩背包，包括背包扩容层和背包受压层；

所述背包扩容层包括背包外部1和背包侧部6，所述背包扩容层设置负泊松比结构材料夹层11，该夹层采用旋转正方形结构，相邻正方形之间夹角θ扩容作用的变化范围为0°＜θ＜90°；

所述背包受压层包括背包后背4、背包底部5、背包提手2和背包背带3，所述背包受压层设置负泊松比结构材料夹层8，该夹层采用三维双箭头结构；

所述背包扩容层中负泊松比结构材料夹层11厚度t2与内外折叠层布料10厚度t1的关系满足8＜t2/t1＜10。

所述背包扩容层中负泊松比结构材料夹层11与内外折叠层布料10的长、宽尺寸相同；

所述背包受压层中负泊松比结构材料夹层8厚度d2与外层布料7厚度d1的关系满足20＜d2/d1＜26；

所述双肩背包的长度c与高度b的关系满足0.6＜c/b＜0.7；

所述双肩背包的宽度a与高度b的关系满足0.3＜a/b＜0.4。

如图9-12所示，所述背包扩容层也可以采用旋转多边形结构夹层、二维内凹三角形结构夹层及二维内凹六边形蜂窝结构夹层，所述背包受压层也可以采用圆形环手性结构夹层、变换手性结构夹层、二维内凹三角形结构夹层及二维内凹六边形蜂窝结构夹层。

上述一种具有负泊松比效应的双肩背包设计方法，包括以下步骤：

1)根据背包的用途确定其各组成部分的尺寸，包括背包长c宽a高b以及上部圆弧部分半径d的长度；

2)设计背包扩容层中负泊松比结构材料夹层为具有周期性重复的旋转正方形结构，在确定其尺寸之后采用负泊松比泡沫材料为基材制造；

3)设计背包受压层中负泊松比结构材料夹层为具有周期性重复的三维双箭头结构，在确定其尺寸之后以负泊松比泡沫材料为基材制造；

4)将背包受压层与背包扩容层结构中负泊松比结构材料夹层与内外层布料组合为三层的双肩背包主体部分，缝制成新型的扩容减震背包；

5)上述步骤制造的扩容减震背包在背包满载时使外部的背包扩容层收拉，产生负泊松比效应，背包扩容层拉胀使折叠层打开，从而起到了扩充背包容量的作用，扩充的容量大小与背包折叠层的布料折叠数目相关，根据用途及需要设置扩充容量的大小；背包受压层受压，由于负泊松比结构的特性，使用者背起来更加舒适。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本事例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。