性能可调的负泊松比结构的制作方法

本实用新型涉及结构设计技术领域，尤其涉及一种性能可调的负泊松比结构。

背景技术：

负泊松比结构又称拉胀结构，表现为受拉时结构垂直于拉力方向发生膨胀，压缩时垂直于压力方向收缩，因此，这种结构具有更高的压缩阻抗、抗压痕能力、抗剪能力，并有效减小应力集中现象，具有广阔的应用前景，如航天领域中火箭的减震材料，火箭或飞机的整流罩，医疗领域中如抗拔出拉胀骨钉，军事领域中一些防弹材料等。

现有的负泊松比结构有双箭头型结构以及经典内凹结构与双箭头结构组合的结构，这些负泊松比结构设计虽然具有负泊松比特性，但只能实现单一方向受力变形，在受力较复杂的环境中并不适用。此外，这些负泊松比结构只能通过经验改变单元形状，来改变整体结构性能，无法定量计算。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种性能可调的负泊松比结构，以克服现有技术中的负泊松比结构只能单一方向受力变形且无法调整结构性能的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种性能可调的负泊松比结构，包括多个负泊松比单元，所述负泊松比单元包括四个柔顺曲梁单元和四个连接体，所述连接体为截面为正方形的长方体，四个连接体对称分布且两个相邻的连接体之间通过所述柔顺曲梁单元连接，所述曲梁柔顺单元的端部与所述连接体的内侧面的端部连接。

优选的，多个负泊松比单元在平面内周期性排布组合。

优选的，所述柔顺曲梁单元的由nurbs曲线建模设计生成。

优选的，所述柔顺曲梁单元厚度与高度之比为1:6。

优选的，所述连接体的长度与其正方形截面的边长之比为4:1。

优选的，所述柔性曲梁单元的高度与所述连接体的正方形截面的边长相等。

优选的，所述性能可调的负泊松比结构利用3d打印技术，选用tpu材料一体化制造。

本实用新型的性能可调的负泊松比结构具有受拉时垂直于拉力方向发生膨胀，压缩时垂直于压力方向收缩的特性，负泊松比结构中的曲梁单元可以在设计过程中根据实际结构性能的需求进行定量调节，具有良好的适应性，并且在平面x、y方向上具有相同的形变特性，这种负泊松比结构在平面两个方向均具有负泊松比特性，且结构完全对称，在平面两个方向上力学性能相同，在具体实际应用过程中，可以适应复杂受力条件，其可以以nurbs曲线对柔顺曲梁建模，可以通过改变曲梁形状定量改变其力学性能，进而改变整体结构性能，灵活性强，可以满足各种条件的设计要求，实现了性能的可调性，采用柔顺曲梁单元，具有集中应力里小，免于摩擦磨损，运动平稳和便于能量储存转化等优点，使用性能优良。

附图说明

图1为本实用新型实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的柔顺曲梁单元的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的负泊松比单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的性能宽容跳的负泊松比结构的受力示意图。

图中，1：柔顺曲梁单元；2：连接体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1-3所示，本实施例的性能可调的负泊松比结构包括：多个负泊松比单元，负泊松比单元包括四个柔顺曲梁单元1和四个连接体2，连接体2为截面为正方形的长方体，四个连接体2对称分布且两个相邻的连接体2之间通过柔顺曲梁单元1连接，曲梁柔顺单元1的端部与连接体2的内侧面的端部连接。多个负泊松比单元在平面内周期性排布组合，成为负泊松比结构。

柔顺曲梁单元1的由nurbs曲线构造模型形函数建模设计生成，可以根据控制点坐标准确描述曲梁的形状，根据形函数进行有限元求解得到刚度矩阵，对曲梁进行定量分析，通过改变控制点坐标改变曲梁的形状，进而改变其力学性能。

柔顺曲梁单元1厚度与高度之比为1:6，其中，厚度为平面中水平方向的尺寸，高度为平面中竖直方向的尺寸，这种比例可以保证其平面形变方向的柔度与垂直于平面形变方向的刚度。连接体2的长度与其正方形截面的边长之比为4:1。柔性曲梁单元1的高度与连接体2的正方形截面的边长相等。

本事实例中的性能可调的负泊松比结构利用3d打印技术，选用tpu材料一体化制造。

如图4所示，本实施例的性能可调的负泊松比结构的工作原理与工作过程为：对负泊松比结构下边施加y方向约束，若对上边施加y方向压力，结构内部柔顺曲梁发生形变，结构整体在x方向和y方向均呈现收缩状态，若对上边施加y方向拉力，结构整体在x方向和y方向均呈现膨胀状态，即具有负泊松比特性。由于结构呈完全对称状态，也可以在x方向施加载荷。

本实用新型的性能可调的负泊松比结构具有受拉时垂直于拉力方向发生膨胀，压缩时垂直于压力方向收缩的特性，负泊松比结构中的曲梁单元可以在设计过程中根据实际结构性能的需求进行定量调节，具有良好的适应性，并且在平面x、y方向上具有相同的形变特性，这种负泊松比结构在平面两个方向均具有负泊松比特性，且结构完全对称，在平面两个方向上力学性能相同，在具体实际应用过程中，可以适应复杂受力条件，其可以以nurbs曲线对柔顺曲梁建模，可以通过改变曲梁形状定量改变其力学性能，进而改变整体结构性能，灵活性强，可以满足各种条件的设计要求，实现了性能的可调性，采用柔顺曲梁单元，具有集中应力里小，免于摩擦磨损，运动平稳和便于能量储存转化等优点，使用性能优良。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。