双相力学超材料及制造方法

1.本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种双相力学超材料及制造方法。


背景技术：

2.材料轻量化一直受到航空航天和汽车行业的高度关注，越来越多的轻质材料不断涌现并实现应用。点阵材料作为一种有序多孔结构，拥有着比泡沫等传统无序多孔结构更加优异的力学性能，而其中具有特定排布双相点阵材料具有优异的能量吸收特性，有着巨大的轻量化应用潜力。双相点阵材料具有优异的能量吸收特性，并且可以根据单相材料的选择以及不同的布局来实现力学性能的调控，但是难以进行批量化、低成本制备以实现广泛的工程应用。
3.目前，受限于点阵结构复杂的几何形状和加工工艺，对于完整的点阵结构件，特别是复杂的力学性能更为优异的双相点阵结构，难以实现批量化生产。为了实现双相点阵的批量化制造，组装点阵结构被提出并加以运用。组装点阵是先确定完整点阵结构最小组成单胞，针对单胞设计加工工艺实现批量化生产，之后再按照结构件的几何形状对单胞进行装配而成。不过对于传统的螺栓连接还需要考虑装配空间，对单胞形状有一定要求，并且手工进行螺栓装配的生产效率还有待提高。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种双相力学超材料，所述双相力学超材料，具有连接强度更高、装配效率更高、易于实现大批量制造的优势。
5.本发明还提出了一种应用于上述双相力学超材料的制造方法。
6.根据本发明实施例的双相力学超材料，包括：多个点阵单胞，所述多个点阵单胞按照预设方式排布形成立体结构，所述多个点阵单胞包括硬相点阵单胞和软相点阵单胞，每一所述点阵单胞包括：
7.本体部，所述本体部为面心立方结构或体心立方结构；
8.公头连接部和母头连接部，所述公头连接部和所述母头连接部分别设置在所述本体部的顶点，两个相邻的所述点阵单胞通过所述公头连接部和所述母头连接部实现连接。
9.根据本发明的双相力学超材料，具有连接强度更高、装配效率更高、易于实现大批量制造的优势。
10.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述公头连接部包括：第一基座和连接片，所述第一基座连接所述本体部，所述连接片向远离所述第一基座的方向延伸。
11.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述母头连接部包括第二基座和位于所述第二基座上的安装槽，所述第二基座连接所述本体部，所述安装槽自所述第二基座的表面向所述第二基座的内侧方向延伸。
12.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述连接片和所述安装槽匹配。
13.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述连接片的外轮廓整体呈弧形。
14.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述连接片包括头部和颈部，所述颈部连接所述头部与所述第一基座，所述头部的最大宽度大于所述颈部的最大宽度。
15.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述连接片和所述安装槽通过过盈配合实现连接。
16.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述点阵单胞的所述公头连接部和所述母头连接部的总数量为大于等于6的偶数，且所述公头连接部的数量与所述母头连接部的数量相同。
17.根据本发明一个实施例的双相力学超材料，所述硬相点阵单胞为sc-bcc构型的点阵单胞，和/或所述软相点阵单胞为bcc构型的点阵单胞。
18.根据本发明的第二方面的双相力学超材料的制造方法，应用于如第一方面任一种所述的双相力学超材料。所述制造方法包括：
19.在第一方向上将所述多个点阵单胞插接形成第一单胞阵列；
20.在第二方向上将所述多个点阵单胞插接形成第二单胞阵列；
21.在第三方向上将所述多个点阵单胞插接形成第三单胞阵列；
22.将所述第一单胞阵列、所述第二单胞阵列及所述第三单胞阵列连接并组合形成立体结构；其中，所述第一方向、所述第二方向及所述第三方向相互垂直。
23.综上，所述双相力学超材料的制造方法，具有使双相力学超材料的连接强度更高、装配效率更高、易于实现大批量制造的优势。
24.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1是根据本发明实施例的基于双向力学的连接装置的结构示意图；
27.图2是根据本发明实施例的单元模块的结构示意一图；
28.图3是根据本发明实施例的单元模块的结构示意二图；
29.图4是根据本发明实施例的公头连接部的主视图；
30.图5是根据本发明实施例的公头连接部的俯视图；
31.图6是根据本发明实施例的母头连接部的截面图；
32.图7是根据本发明实施例的母头连接部的俯视图。
33.附图标记：
34.100-双相力学超材料，1-硬相点阵单胞，2-软相点阵单胞，3-本体部，4-公头连接部，41-第一基座，42-连接片，421-头部，422-颈部，5-母头连接部，51-第二基座，52-安装槽。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的双相力学超材料100。如图1所示，根据本发明实施例的双相力学超材料100，包括：多个点阵单胞，进一步地，多个点阵单胞按照预设方式排布形成立体结构，进一步地，如图2和图3所示，多个点阵单胞包括硬相点阵单胞1和软相点阵单胞2，这样通过硬相点阵单胞1和软相点阵单胞2的排布配合以及连接的特征曲线，可以根据具体的需求进行选择，进而使双相力学超材料100具有更好的兼容性和多功能特性，从而具有广泛的应用前景。
38.进一步地，每一点阵单胞包括：本体部3、公头连接部4和母头连接部5，进一步地，本体部3为面心立方结构或体心立方结构，这样可以保证点阵单胞受力的均匀性；进一步地，公头连接部4和母头连接部5分别设置在本体部3的顶点，两个相邻的点阵单胞通过公头连接部4和母头连接部5实现连接，这样可以保证公头连接部4和母头连接部5连接的可靠性，进而有利于提升双相力学超材料100连接的可靠性。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.根据本发明的双相力学超材料100，具有连接强度更高、装配效率更高、易于实现大批量制造的优势。
40.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，如图2和图3所示，公头连接部4包括：第一基座41和连接片42，进一步地，第一基座41连接本体部3，连接片42向远离第一基座41的方向延伸。进一步地，如图4所示，连接片42由两个特征半径决定，即r1和r2，需要说明的是，连接片42的形状决定连接过程中的装配应力，r1比r2越大，则装配困难，但连接强度更高。
41.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，如图2和图3所示，母头连接部5包括：第二基座51和位于第二基座51上的安装槽52，第二基座51连接本体部3，安装槽52自第二基座51的表面向第二基座51的内侧方向延伸。
42.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，连接片42和安装槽52匹配。这样可以保证公头连接部4和母头连接部5连接的可靠性，进而提升双相力学超材料100连接的可靠性。
43.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，连接片42的外轮廓整体呈弧形。
44.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，如图4所示，连接片42包括头部421和颈部422，具体地，颈部422连接头部421与第一基座41，需要说明的是，头部421的最大宽度大于颈部422的最大宽度。
45.进一步地，连接片42和安装槽52的装配方式为简单高效的直插式连接，通过连接片42和安装槽52过盈配合和摩擦构成自锁，使公头连接部4和母头连接部5不易脱出，起到紧固作用，并极大地提高了装配效率。
46.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，连接片42和安装槽52通过过盈配合实现连接。这样，有利于提升双相力学超材料100连接的可靠性。
47.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，点阵单胞的公头连接部4和母头连接部5的总数量为大于等于6的偶数，且公头连接部4的数量与母头连接部5的数量相同。例如，在一个具体的实施例中，公头连接部4和母头连接部5的数量可以为三个。具体地，一个点阵单胞的公头连接部4和另一个点阵单胞的母头连接部5一一对应，这样可以保证点阵单胞在三个方向上的可拓展性。
48.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，硬相点阵单胞1为sc-bcc构型的点阵单胞，进一步地，软相点阵单胞2为bcc构型的点阵单胞。
49.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，本体部3为正八面体，这样有利于提升本体部3结构的稳定性。需要说明的是，本体部3也可以为正四面体、正六面体等正多面体。
50.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，点阵单胞可以通过3d打印的方式制造，这样有利于实现批量化生产。
51.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，点阵单胞可以选择彼此相切排布的高能量吸收分布模式，也可以为连续网状结构的高强度和刚度的排布模式。需要说明的是，点阵单胞的连接方式不限于此。
52.根据本发明一个实施例的双相力学超材料100，点阵单胞可以一体化成型，进而有利于实现点阵单胞的批量生产。
53.综上所述，根据本发明的双相力学超材料100，具有连接强度更高、装配效率更高、易于实现大批量制造的优势；另外通过硬相点阵单胞1和软相点阵单胞2的排布配合以及连接的特征曲线，可以根据具体的需求进行选择，进而使双相力学超材料100具有更好的兼容性和多功能特性，从而具有广泛的应用前景。
54.根据本发明的第二方面的双相力学超材料100的制造方法，应用于如第一方面的双相力学超材料100。具体地，该制造方法包括：在第一方向上将多个点阵单胞插接形成第一单胞阵列；需要说明的是，第一方向为图1中的x向；进一步地，在第二方向上将多个点阵单胞插接形成第二单胞阵列；需要说明的是，第二方向为图1中的y向；进一步地，在第三方向上将多个点阵单胞插接形成第三单胞阵列；需要说明的是，第三方向为图1中的z向；进一步地，将第一单胞阵列、第二单胞阵列及第三单胞阵列连接并组合形成立体结构；其中，第一方向、第二方向及第三方向相互垂直。
55.综上，根据本发明的第二方面的双相力学超材料100的制造方法，具有设计性更好、连接强度更高、装配效率更高、易于实现大批量制造、应用前景更广等优点。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本
发明的范围由权利要求及其等同物限定。