一种具有负泊松比效应的镜框及其设计方法与流程

本发明涉及一种利用负泊松比孔洞结构来设计具有负泊松比效应的镜框，并提出了负泊松比材料镜框的设计方法，属于新材料和新结构领域。

背景技术：

负泊松比材料是具有受拉膨胀或者受压收缩性质的一种材料，是一类具有较高工程应用价值的功能性材料。负泊松比材料具有特殊的物理、机械和变形特性。例如，负泊松比效应可以提高材料的机械性能，包括剪切模量、断裂韧性、热冲击、强度和抗压痕性等。正是由于这些优异的性能，负泊松比材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域具有越来越广阔的应用前景。三维负泊松比结构的制作可以结合3d打印技术。3d技术是利用计算机和立体打印技术对复杂的结构实现快速成型的高科技技术。它以数字模型为基础，所以精度高、机械化程度高、速度快。所以3d打印技术和三维负泊松比结构的制作相结合是一个未来的趋势，也会不断地成熟和发展。

眼镜是人们经常使用到的物品之一，但在很多突发情况下，眼镜镜框容易折断，甚至镜片飞出破碎等情况。本发明将镜框做成负泊松比结构，利用负泊松比材料优良的抗冲击性能和吸能特性，使镜框能够更好抵抗冲击力，从而保护镜片。孔洞结构也让其更加轻便。本发明将负泊松比结构和3d打印制造工艺相结合，设计和制作具有负泊松比效应的镜框。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，将负泊松比穿孔结构和和3d打印技术相结合，设计和制造了具实用性的负泊松比镜框，并提出了具体设计方法，设计的镜框具有比传统镜框更好的抗冲击性、抗断裂性、轻便性。

本发明采用的技术方案为：一种具有负泊松比效应的镜框，包括镜架与镜圈，所述镜架与镜圈为具有周期性横竖交替孔洞的穿孔结构；

所述镜架与镜圈的孔洞结构的孔洞形状包括椭圆形、三角形和多边形；

所述镜框内宽l应满足：120mm>l>139mm；镜框厚度d应满足2.5mm>d>3.5mm；

所述镜圈高度h应满足：15mm>h>36mm。

作为优选，所述孔洞结构为金属材料或板材。

上述一种具有负泊松比效应的镜框的设计方法，包括以下步骤：

1)根据不同的人群来确定镜框的形状和尺寸，包括镜架内宽、镜圈高度和镜腿长度的形状和尺寸；

2)设计镜框的具有周期性横竖交替的孔洞结构，并在满足3d打印要求的情况下尽量减少孔洞结构的间距；

3)采用3d打印技术制出的具有负泊松比效应的镜框，该镜框具有高抗冲击强度，符合实际使用的需求；

4)用此方法生成的镜框具有负泊松比效应，且具有更好的抗冲击性能以及轻质高强特点。

本发明其产生负泊松比效应的关键在于镜架和镜圈的负泊松比孔洞结构的设计。在满足3d打印制作要求的情况下，保证横竖交替的孔状结构足够小，使镜架和镜圈具有负泊松比效应，从而使得镜框整体也具有负泊松比效应。通过该方法能设计出的镜架和镜圈具有明显的负泊松比效应，同时能在大的应变范围内维持负泊松比性能。

有益效果：本发明利用该方法设计出的带有孔洞结构的材料，具有较大的负泊松比效应。该镜框受压情况下表现出负泊松比效应，较传统的镜框能承受更大的冲击力而不断裂，从而保护好镜片，更为轻质高强。

附图说明

图1为具有负泊松比效应镜框的整体示意图；

图2为镜框的局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步描述：

如图1和2所示，一种具有负泊松比效应的镜框，包括镜架1与镜圈2，所述镜架1与镜圈2为具有周期性横竖交替孔洞的穿孔结构；

所述镜架1与镜圈2的孔洞结构的孔洞形状包括椭圆形、三角形和多边形；所述孔洞结构为金属材料或板材；

所述镜框内宽l应满足：120mm>l>139mm；镜框厚度d视镜片厚度而定，一般为：2.5mm>d>3.5mm；

所述镜圈2高度h应满足：15mm>h>36mm。

上述一种具有负泊松比效应的镜框的设计方法，包括以下步骤：

1)根据不同的人群来确定镜框的形状和尺寸，包括镜架内宽、镜圈高度和镜腿长度的形状和尺寸；

2)设计镜框的具有周期性横竖交替的孔洞结构，并在满足3d打印要求的情况下尽量减少孔洞结构的间距；

3)采用3d打印技术制出的具有负泊松比效应的镜框，该镜框具有高抗冲击强度，符合实际使用的需求；

4)用此方法生成的镜框具有负泊松比效应，且具有更好的抗冲击性能以及轻质高强特点。

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

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有负泊松比效应的镜框及其设计方法，包括镜架与镜圈，所述镜架与镜圈为具有周期性横竖交替孔洞的穿孔结构；所述镜架与镜圈的孔洞结构的孔洞形状包括椭圆形、三角形和多边形；所述镜框内宽L应满足：120mm>L>139mm；镜框厚度d应满足2.5mm>d>3.5mm；所述镜圈高度H应满足：15mm>H>36mm。本发明利用该方法设计出的带有孔洞结构的材料，具有较大的负泊松比效应。该镜框受压情况下表现出负泊松比效应，较传统的镜框能承受更大的冲击力而不断裂，从而保护好镜片，更为轻质高强。

技术研发人员：任鑫;骆陈;韩传镇;王仕龙;张相玉
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：2019.05.10
技术公布日：2019.08.16