一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构

本发明涉及复合材料，具体涉及一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构。

背景技术：

1、碳纤维复合材料在各个领域中得到了广泛应用，其轻质、高强度和优异的机械性能使其成为一种理想的结构材料。在一些需要抗冲击和减振的应用中，碳纤维复合材料的使用尤为重要。传统的碳纤维复合材料结构通常具有固定的力学特性，无法灵活地适应不同的冲击和震动条件。

2、现有的大部分结构往往只能满足其中一种需求，难以同时实现抗冲击和减振的双重功能。例如，一些结构设计依靠材料的断裂破坏来吸收冲击能量，但这种方式通常无法提供有效的减振效果，而且一旦发生破坏，结构的可靠性和使用寿命也会受到影响。

3、碳纤维复合材料三螺旋结构，具有三稳态双重力学特性，可应用于缓冲减振。该结构包括连接件和连接于连接件外侧的碳纤维复合材料薄壳。碳纤维复合材料薄壳按照指定的铺层角度进行对称铺设。这种铺设方式使得结构具备两种力学特性，可以根据使用场合的需求进行切换。此外，通过改变碳纤维复合材料薄壳的碳纤维参数，三螺旋结构的力学特性可以相应改变。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服单一结构无法兼具抗冲击和减振两种功能的困难，提供一种具有创新的设计和可切换的力学特性的碳纤维复合材料三螺旋结构，为抗冲击和减振应用提供了新的解决方案。

2、为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，包括三个碳纤维复合材料薄壳及两个用于固定薄壳的连接件，三个所述碳纤维复合材料薄壳的两端分别连接于两个连接件外侧，并进行固定装配。

4、进一步的，所述碳纤维复合材料薄壳由t700单向碳纤维预浸料，切割成矩形，按照[αn1/βn2/αn1]进行对称铺设，其中希腊字母α和β表示铺层角度，下标n1和n2表示铺设层数。

5、进一步的，将铺设好的碳纤维贴置在圆管模具中，在热压罐中高温高压固化成型，得到具有预应力的碳纤维复合材料薄壳。

6、进一步的，所述连接件采用三叉星型结构，且两个三叉星型结构连接件上下平行同轴设置。

7、进一步的，所述连接件采用树脂借助光固化3d打印机制成。

8、进一步的，所述碳纤维复合材料薄壳与所述连接件使用自攻螺钉进行装配固定。

9、进一步的，所述碳纤维复合材料薄壳固定在连接件上，施加纵向载荷或进行反向扭转后，实现另外两种不同稳态的切换，即第一稳态切换到第二稳态或第一稳态切换到第三稳态。

10、进一步的，所述第一稳态为三个碳纤维复合材料薄壳为左旋的初始稳定状态；所述第二稳态为施加纵向的载荷后，两连接件之间的距离压缩到极限时的状态；所述第三稳态为反向扭转后，三个碳纤维复合材料薄壳转换成右旋的稳定状态，结构在碳纤维复合材料薄壳的作用下呈现弹性的状态。

11、进一步的，通过改变所述碳纤维复合材料薄壳的碳纤维铺层角度、厚度、几何尺寸等参数，以调整碳纤维复合材料薄壳的强度和刚度。

12、进一步的，所述碳纤维复合材料薄壳依靠两个亚克力板压平固定，使用电钻钻取用于固定装配的圆孔。

13、与现有结构相比，本发明的优异效果是：

14、1)双重力学特性：本发明的结构具有三种稳态，其中两种稳态分别用于抗冲击和减振。通过固定一端的连接件，并在另一端进行反向扭转，可以切换至另一种稳态并拥有第二种力学特性。这种双重力学特性使得结构能够同时满足抗冲击和减振的需求，提高了吸能效果和振动控制能力。

15、2)可切换和适应性：由于本发明的结构具有两种不同的力学特性，可以根据不同的使用场合和需求进行切换。通过固定一端的连接件并扭转另一端，可以快速切换结构的稳态，适应不同的冲击和震动条件。这种可切换性和适应性使得结构更加灵活多样化，能够满足不同领域应用的需求。

16、3)碳纤维参数可调节：通过改变碳纤维复合材料薄壳的碳纤维参数，如纤维种类、层数和角度等，以调整碳纤维复合材料薄壳的强度和刚度，以适应不同的冲击和震动条件。这意味着可以根据具体需求对碳纤维复合材料薄壳进行拆卸和更换，实现具有不同缓冲效果的三螺旋结构。这种可调节性使得结构能够灵活应对各种不同的缓冲需求，降低了使用成本。

技术特征：

1.一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，包括三个碳纤维复合材料薄壳(1)及两个用于固定薄壳的连接件(2)，三个所述碳纤维复合材料薄壳(1)的两端分别连接于两个连接件外侧，并进行固定装配。

2.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述碳纤维复合材料薄壳(1)由t700单向碳纤维预浸料，切割成矩形，按照[αn1/βn2/αn1]进行对称铺设，其中希腊字母α和β表示铺层角度，下标n1和n2表示铺设层数。

3.根据权利要求2所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，将铺设好的碳纤维贴置在圆管模具中，在热压罐中高温高压固化成型，得到具有预应力的碳纤维复合材料薄壳(1)。

4.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述连接件采用三叉星型结构，且两个三叉星型结构连接件上下平行同轴设置，且三叉之间错位设置。

5.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述连接件(2)采用树脂借助光固化3d打印机制成。

6.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述碳纤维复合材料薄壳(1)与所述连接件(2)使用自攻螺钉(3)进行装配固定。

7.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述碳纤维复合材料薄壳(1)固定在连接件上，施加纵向载荷或进行反向扭转后，实现另外两种不同稳态的切换，即第一稳态切换到第二稳态或第一稳态切换到第三稳态。

8.根据权利要求6所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述第一稳态为三个碳纤维复合材料薄壳(1)为左旋的初始稳定状态；所述第二稳态为施加纵向的载荷后，两连接件之间的距离压缩到极限时的状态；所述第三稳态为反向扭转后，三个碳纤维复合材料薄壳(1)转换成右旋的稳定状态，结构在碳纤维复合材料薄壳的作用下呈现弹性的状态。

9.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，通过改变所述碳纤维复合材料薄壳(1)的碳纤维铺层角度、厚度、几何尺寸参数，以调整碳纤维复合材料薄壳的强度和刚度。

10.根据权利要求1所述的一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，其特征在于，所述碳纤维复合材料薄壳(1)依靠两个亚克力板压平固定，使用电钻钻取用于固定装配的圆孔。

技术总结
本发明公开了一种三稳态双力学特性用于缓冲减振的碳纤维三螺旋结构，包括三个碳纤维复合材料薄壳及两个用于固定薄壳的连接件，三个所述碳纤维复合材料薄壳的两端分别连接于两个连接件外侧，并进行固定装配。本发明的结构具有三种稳态，其中两种稳态分别用于抗冲击和减振。通过固定一端的连接件，并在另一端进行反向扭转，可以切换至另一种稳态并拥有第二种力学特性。这种双重力学特性使得结构能够同时满足抗冲击和减振的需求，提高了吸能效果和振动控制能力。

技术研发人员：孙敏,邱志伟,张征,陈屹吉,张广,彭翔,王天烨
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15