一种泡沫填充负泊松比复合结构的设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113343371A(43)申请公布日2021.09.03(21)申请号202110127769.XG06F113/26(2020.01)(22)申请日2021.01.29G06F119/14(2020.01)(71)申请人北京理工大学重庆创新中心地址401135重庆市渝北区龙兴镇曙光路9号9幢(72)发明人兰旭柯黄广炎张宏吴广袁梦琦(74)专利代理机构重庆智慧之源知识产权代理事务所(普通合伙)50234代理人余洪高彬(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G16C60/00(2019.01)G16C10/00(2019.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种泡沫填充负泊松比复合结构的设计方法(57)摘要本发明提供一种泡沫填充负泊松比复合结构的设计方法，其中，方法基于爆炸载荷特性以及复合结构的响应机理，确定负泊松比芯层、面板、背板所采用的材料，并对面板厚度、背板厚度和负泊松比芯层厚度进行设计；同时根据预设的负泊松比效应，对负泊松比芯层的结构进行参数设计；最后根据预设的粘接强度和泡沫体材料压溃强度之间的关系，将填充泡沫体填充至负泊松比芯层中，并与面板和背板共同构成泡沫填充负泊松比复合结构，实现对泡沫填充负泊松比复合结构的设计。该方案实现了填充泡沫体与负泊松比芯层的结合具备轻质性，高强度特性，且在爆炸冲击作用下具备高能量吸收率以及低变形量，不仅仅再是简单复合，提高了材料利用率。CN113343371ACN113343371A权利要求书1/1页1.一种泡沫填充负泊松比复合结构的设计方法，其特征在于，包括：基于爆炸载荷特性以及复合结构的响应机理，确定负泊松比芯层、面板、背板所采用的材料，其中所述负泊松比芯层由多个负泊松比胞元组成；基于爆炸载荷特性，对面板厚度、背板厚度和负泊松比芯层厚度进行设计；根据预设的负泊松比效应，对所述负泊松比芯层的结构进行参数设计，包括负泊松比胞元类型设计、负泊松比胞元形状尺寸设计、填充泡沫体材料设计；根据预设的粘接强度和泡沫体材料压溃强度之间的关系，将填充泡沫体填充至负泊松比芯层中，并与面板和背板共同构成泡沫填充负泊松比复合结构。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于爆炸载荷特性以及复合结构的响应机理，确定负泊松比芯层、面板、背板所采用的材料，具体为：基于爆炸载荷特性以及复合结构的响应机理，选择高波阻抗材料为负泊松比芯层所用材料，选择较低波阻抗材料作为面板所用材料，选择低波阻抗材料为背板所用材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于爆炸载荷特性，对面板厚度、背板厚度和负泊松比芯层厚度进行设计，具体为：基于爆炸载荷特性，根据所述面板的传递载荷，以及与背板对负泊松比芯层充分压缩的作用，对所述面板进行厚度设计；基于爆炸载荷特性，根据所述背板的支撑负泊松比芯层，以及与面板对负泊松比芯层充分压缩的作用，对所述背板进行厚度设计；基于爆炸载荷特性，根据预设的负泊松比胞元的壁厚与高度关系，以及预设的结构响应要求，设计所述负泊松比芯层的厚度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负泊松比胞元类型设计，具体为：综合各种负泊松比胞元的易填充性和经济性，选择内六边形的负泊松比胞元作为所述负泊松比芯层的单元。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述负泊松比胞元形状尺寸设计，具体为：所述负泊松比胞元的尺寸包括胞元高度、胞元壁厚度、胞元内凹角，根据所述负泊松比胞元的尺寸构成所述负泊松比胞元的特征参数；经过准静态压缩试验得负泊松比值与特征参数拟合关系，并选取负泊松比值高的负泊松比胞元结构参数作为负泊松比胞元形状尺寸。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述填充泡沫体材料设计，具体为：根据所述负泊松比胞元结构的压垮应力，确定填充泡沫体材料的压溃应力，即确定填充泡沫体材料的密度设计，实现对填充泡沫体材料的设计。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的粘接强度和泡沫体材料压溃强度之间的关系，将填充泡沫体填充至负泊松比芯层中，并与面板和背板共同构成泡沫填充负泊松比复合结构步骤之后，还包括：采用有限元分析方法对所述泡沫填充负泊松比复合结构进行分析，校验其性能。2CN113343371A说明书1/7页一种泡沫填充负泊松比复合结构的设计方法技术领域[0001]本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种泡沫填充负泊松比复合结构的设计方法。背景技术[0002]最新研究表明发现负泊松比效应可增加结构抗冲击强度，通过材料的流动增强吸能能力，可用于车身、防爆围栏等的抗爆设计，但结构失效机理与失效模式复杂，影响因素多。现有研究均只针对空心负泊松比结构，仅利用材料流动以增加