一种负泊松比胞元及其蜂窝结构.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CN111692270A(43)申请公布日2020.09.22(21)申请号202010575614.8(22)申请日2020.06.22(71)申请人湖北汽车工业学院地址442002湖北省十堰市红卫教育口车城西路167号(72)发明人刘宇郝琪田钰楠毛怡崔宏伟(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人杨传武(51)Int.Cl.F16F15/00(2006.01)B60R19/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种负泊松比胞元及其蜂窝结构(57)摘要本发明公开了一种负泊松比胞元及其蜂窝结构，该负泊松比胞元包括六条边，其中左右侧为弧边，上下侧为长边，胞元内部存在两条内竖杆，内竖杆分别与左右侧的弧边相接，胞元结构整体为上下左右对称分布。将胞元与蜂窝结构结合可以得到性能表现更强的蜂窝堆叠结构，相邻列胞元使用连接杆进行连接，得到了可应用于不同应用场景的二维及三维蜂窝结构。相较于传统结构，其在受到外部载荷时，内部与弧边相接的竖杆可抵抗弧边变形，从而实现更高的吸能抗冲击及承载性能。本发明克服了传统负泊松比结构内部空隙过大、两侧凹角变形失稳且承载力差的缺陷，抗冲击及承载吸能能力更优，结构简单有效，使用胞元设计的蜂窝结构具有更加广泛的应用范围。CN111692270ACN111692270A权利要求书1/1页1.一种负泊松比胞元，其特征在于：该负泊松比胞元包括六条边，其中左右侧为弧边，上下侧为长边，胞元内部存在两条内竖杆，内竖杆分别与左右侧的弧边相接，胞元结构整体为上下左右对称分布。2.根据权利要求1所述的一种负泊松比胞元，其特征在于：在受到上部载荷压缩时，在载荷压缩方向及垂直载荷方向，结构变形模式皆呈现出向中收缩的形式；在受到载荷拉伸时，结构变形模式皆向外部进行膨胀。3.根据权利要求1所述的一种负泊松比胞元，其特征在于：所述弧边向内部凹陷，弧边与长边相交处形成四个弧夹角。4.根据权利要求3所述的一种负泊松比胞元，其特征在于：所述弧夹角的取值范围为10°-90°。5.根据权利要求1所述的一种负泊松比胞元，其特征在于：所述长边和弧边的截面形状尺寸以及厚度均相同。6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种负泊松比胞元，其特征在于：该胞元结构每条边所采用的截面形状包括四边形、圆形。7.一种蜂窝结构，其特征在于：该蜂窝结构通过如权利要求1-6中任一项所述的一种负泊松比胞元排列组合而成。8.根据权利要求7所述的一种蜂窝结构，其特征在于：该蜂窝结构沿横向排列若干列，沿纵向排列若干行。9.根据权利要求8所述的一种蜂窝结构，其特征在于：每一列中，相邻两个胞元通过连接边连接，所述连接边连接相邻两个胞元的弧边依次进行排列组合；每一行中，相邻胞元通过共用一条长边进行排列组合。10.根据权利要求7所述的一种蜂窝结构，其特征在于：该蜂窝结构通过立体胞元结构排列组合而成，每个立体胞元结构均由两个正交的负泊松比胞元组合成，该立体胞元共有四条弧边，在弧边处使用连接边向两个平面方向扩展排列，在另一平面方向则使用共用长边排列方式。2CN111692270A说明书1/4页一种负泊松比胞元及其蜂窝结构技术领域[0001]本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种负泊松比胞元以及胞元构成的蜂窝结构。背景技术[0002]自然界广泛应用的材料及结构一般具有正泊松比，其在受到单轴拉伸时横截面面积变小，压缩时横截面面积增大。Lakes首次通过对聚氨酯泡沫的热处理得到了负泊松比(Negativepoisson'sratio，NPR)泡沫材料，1989年Evans等在研究具有微孔结构的聚四氟乙烯中实现了负泊松比效应，并将其命名为拉胀材料。与传统材料相比，具有负泊松比效应的拉胀材料在受到拉伸时会发生侧向膨胀，这种反常的“拉胀”行为使负泊松比蜂窝材料具有更高的抗冲击、抗剪、能量吸收能力。在汽车碰撞中负泊松比结构在有效吸能的同时，材料出现收缩压实，有效减小压溃量，极大地调节了吸能与压溃距离间的矛盾，具有良好吸能及耐撞性的负泊松比结构研究对于汽车碰撞保护及轻量化极为重要。[0003]在对负泊松比结构的研究中国内外学者针对宏观物理模型进行设计得到了满足负泊松比变形特性的结构。Rothenburg将由竿、滑子和弹簧组成的宏观结构进行部分内凹，实现了负泊松比特性。目前研究较多的为凹角六边形结构，国内外学者对其进行了大量的冲击仿真研究，探讨了其负泊松比变形特性及结构性能。崔世堂等研究了凹角六边形结构的面内冲击动力学特性。Qiang等对凹角六边形等结构进行了对比研究，研究发现凹角六边形虽然具有稳定的能量吸收效果，但由于空隙率过大能量吸收仍未达到理想状态。Wang等将凹角六边形结构与汽车