一种具有零泊松比的网格结构及其压缩方法
【专利摘要】本发明公开了具有零泊松比的网格结构，包括:第一横向拉胀边11、第二横向拉胀边12、第一蛇形折叠斜向蜂窝边21、第二蛇形折叠斜向蜂窝边22、第一横向蜂窝边31和第二横向蜂窝边32；第一横向拉胀边11、第一蛇形折叠斜向蜂窝边21、第二横向拉胀边12和第二蛇形折叠斜向蜂窝边22依次首尾相连，第一蛇形折叠斜向蜂窝边21和第二蛇形折叠斜向蜂窝边22关于所述网格结构的中心轴对称。
【专利说明】一种具有零泊松比的网格结构及其压缩方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种网格结构技术，特别涉及一种具有零泊松比的网格结构及其压缩 方法。
【背景技术】
[0002] 泊松比是材料的一种基本力学性能，反映了材料受单轴荷载时垂直于荷载方向变 形性质。其计算公式为
[0003]
【权利要求】
1. 一种具有零泊松比的网格结构，其特征在于，包括：第一横向拉胀边（11)、第二横 向拉胀边（12)、第一蛇形折叠斜向蜂窝边（21)、第二蛇形折叠斜向蜂窝边（22)、第一横向 蜂窝边（31)和第二横向蜂窝边（32);所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边（21)包括依次连接 的第一斜向蜂窝边（211)、第二斜向蜂窝边（212)、第三斜向蜂窝边（213)和第四斜向蜂窝 边（214);第二蛇形折叠斜向蜂窝边（22)包括依次连接的第五斜向蜂窝边（221)、第六斜 向蜂窝边（222)、第七斜向蜂窝边（223)和第八斜向蜂窝边（224);所述的第一斜向蜂窝 边（211)、第二斜向蜂窝边（212)、第三斜向蜂窝边（213)、第四斜向蜂窝边（214)、第五斜 向蜂窝边（221)、第六斜向蜂窝边（222)、第七斜向蜂窝边（223)和第八斜向蜂窝边（224) 的长度相等；第一斜向蜂窝边（211)和第二斜向蜂窝边（212)之间的夹角、第二斜向蜂窝 边（212)和第三斜向蜂窝边（213)之间的夹角、第三斜向蜂窝边（213)和第四斜向蜂窝边 (214)之间的夹角、第五斜向蜂窝边（221)和第六斜向蜂窝边（222)之间的夹角、第六斜向 蜂窝边（222)和第七斜向蜂窝边（223)之间的夹角以及第七斜向蜂窝边（223)和第八斜向 蜂窝边（224)之间的夹角相等；第一横向拉胀边（11)、第一蛇形折叠斜向蜂窝边（21)、第二 横向拉胀边（12)和第二蛇形折叠斜向蜂窝边（22)依次首尾相连，第一横向蜂窝边（31)与 第二斜向蜂窝边（212)和第三斜向蜂窝边（213)的交点相连接，第二横向蜂窝边（32)与第 六斜向蜂窝边（222)和第七斜向蜂窝边（223)的交点相连接；第一横向蜂窝边（31)位于第 一蛇形折叠斜向蜂窝边（21)的外侧，第二横向蜂窝边（32)位于第二蛇形折叠斜向蜂窝边 (22)的外侧；第一横向拉胀边（11)和第二横向拉胀边（12)的长度相等；第一横向拉胀边 (11)、第二横向拉胀边（12)、第一横向蜂窝边（31)和第二横向蜂窝边（32)之间两两平行； 所述第一蛇形折叠斜向蜂窝边（21)和第二蛇形折叠斜向蜂窝边（22)关于所述网格结构的 中心轴对称。
2. 根据权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，所述的第一横向拉 胀边（11)与第一斜向蜂窝边（211)的夹角、第一横向拉胀边（11)与第五斜向蜂窝边（221) 的夹角、第二横向拉胀边（12)与第四斜向蜂窝边（214)的夹角以及第二横向拉胀边（12) 与第八斜向蜂窝边（224)之间的夹角均为60° ;第一斜向蜂窝边（211)与第二斜向蜂窝边 (212)的夹角、第一横向蜂窝边（31)与第二斜向蜂窝边（212)的夹角以及第二横向蜂窝边 (32)与第六斜向蜂窝边（222)的夹角均为120° ;第一横向蜂窝边（31)和第二横向蜂窝边 (32)的长度相等；第一横向蜂窝边（31)、第一斜向蜂窝边（211)和第一横向拉胀边（11)的 长度比例为1:2:4。
3. 根据权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，通过共用第一横向 拉胀边（11)和第二横向拉胀边（12)以及把若干个网格结构的第一横向蜂窝边（31)和第 二横向蜂窝边（32)依次连接，把所述具有零泊松比的网格结构重复排列。
4. 根据权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，制备所述网格结构 的材料为铝板、木板、纸板或高分子材料；制备所述网格结构的方法为滚压成型法、激光焊 接法、纸板粘结法、紫外光固化法或快速成型法。
5. 根据权利要求4所述的具有零泊松比的网格结构，其特征在于，所述的快速成型法 为立体光固化成型法、选择性激光烧结法、分层实体制造法和熔积成型法。
6. -种权利要求1所述的具有零泊松比的网格结构的压缩方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤1、对第一横向拉胀边（11)和第二横向拉胀边（12)进行压缩； 步骤2、第一斜向蜂窝边（211)和第二斜向蜂窝边（212)之间的夹角、第二斜向蜂窝 边（212)和第三斜向蜂窝边（213)之间的夹角、第三斜向蜂窝边（213)和第四斜向蜂窝边 (214)之间的夹角、第五斜向蜂窝边（221)和第六斜向蜂窝边（222)之间的夹角、第六斜 向蜂窝边（222)和第七斜向蜂窝边（223)之间的夹角、第七斜向蜂窝边（223)和第八斜向 蜂窝边（224)之间的夹角、第一横向拉胀边（11)与第一斜向蜂窝边（211)的夹角、第一横 向拉胀边（11)与第五斜向蜂窝边（221)的夹角、第二横向拉胀边（12)与第四斜向蜂窝边 (214)的夹角以及第二横向拉胀边（12)与第八斜向蜂窝边（224)之间的夹角减小；第一横 向蜂窝边（31)与第二斜向蜂窝边（212)的夹角以及第二横向蜂窝边（32)与第六斜向蜂窝 边（222)的夹角增大；第一横向拉胀边（11)和第二横向拉胀边（12)之间的距离、第一横向 蜂窝边（31)和第一横向拉胀边（11)之间的距离、第一横向蜂窝边（31)和第二横向拉胀边 (12)之间的距离、第二横向蜂窝边（32)和第一横向拉胀边（11)之间的距离以及第二横向 蜂窝边（32)和第二横向拉胀边（12)之间的距离均缩短； 步骤3、第二斜向蜂窝边（212)和第三斜向蜂窝边（213)的交点与第六斜向蜂窝边 (222)和第七斜向蜂窝边（223)的交点之间的距离保持不变，使所述网格结构的横向应变 及泊松比均为零。
7.根据权利要求6所述的压缩方法，其特征在于，在步骤2中，所述第一横向拉胀边 (11)与第五斜向蜂窝边（221)的交点、第二横向蜂窝边（32)与第六斜向蜂窝边（222)之间 的交点以及第五斜向蜂窝边（221)与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点所受的横向分力均 为零，因此，对于第五斜向蜂窝边（221)有：
(2) 其中A为第五蜂窝边（221)所受的外力弯矩，匕为第五蜂窝边（221)所受的外力，Θ 为第五斜向蜂窝边（221)与第六斜向蜂窝边（222)之间的夹角的一半，1为第五蜂窝边的 长度； 以第五斜向蜂窝边（221)与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点为参考点，由梁弯曲理 论得到第一横向拉胀边（11)与第五斜向蜂窝边（221)的交点与第五斜向蜂窝边（221)与 第六斜向蜂窝边（222)之间的交点的相对位移δ i为：
(3) 其中，EI为第五蜂窝边（221)的抗弯刚度； 所述第一横向拉胀边（11)与第五斜向蜂窝边（221)的交点与第五斜向蜂窝边（221) 与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点的横向相对位移δ lh为：
(4) 对于第六斜向蜂窝边（222)有：
(5) 其中，M2为第六蜂窝边（222)所受的外力弯矩，F2为第六蜂窝边（222)所受的外力； 第二横向蜂窝边（32)与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点与第五斜向蜂窝边（221) 与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点的相对位移δ 2为：
(6) 所述第二横向蜂窝边（32)与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点与第五斜向蜂窝边 (221)与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点的横向相对位移δ 2h为：
(7) 对第五斜向蜂窝边（221)与第六斜向蜂窝边（222)之间的交点有： F! = F2， (8) 把式⑶分别代入式⑵和式（5)，得到： Μχ = Μ2, 把式⑶分别代入式⑶和式（6)，得到： δ 1 = δ 2， 把式⑶分别代入式⑷和式⑵中，得到： 5lh= 52h> 第五斜向蜂窝边（221)与第六斜向蜂窝边（222)的受力与水平相对位移完全一致，第 一横向拉胀边（11)与第五斜向蜂窝边（221)的交点与第二横向蜂窝边（32)与第六斜向蜂 窝边（222)之间的交点之间的横向相对位移为零。
【文档编号】G09B23/10GK104157186SQ201410369343
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】刘旺玉, 黄家乐, 汪宁陵, 罗远强, 林贞琼 申请人:华南理工大学