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(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CN107704700A(43)申请公布日2018.02.16(21)申请号201710978072.7(22)申请日2017.10.18(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市白下区御道街29号(72)发明人周冠赵万忠沈锴君王源隆王春燕(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人张婷婷(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)B60C7/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种仿生负泊松比结构非充气弹性车轮及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种仿生负泊松比结构非充气弹性车轮及其设计方法,负泊松比结构非充气弹性车轮系统由车轮外胎、负泊松比结构弹性支撑体、轮辐、内轮辋和外轮辋组成。首先根据负泊松比结构的形状特征建立其参数化模型,利用拉丁超立方实验设计方法和响应面模型建立负泊松比结构的响应面模型,分别利用多目标粒子群优化算法在外循环进行多目标优化设计和径向基重要性抽样技术在内循环进行可靠性分析,获取仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的最优化可靠性设计解。本发明通过骨骼肌的仿生原理,使汽车车轮在紧急状况时具有更好的刚度和耐久性,并根据不同的使用工况对负泊松比结构参数进行优化,进一步加强仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的性能。CN107704700ACN107704700A权利要求书1/2页1.一种仿生负泊松比结构非充气弹性车轮,其特征在于:包括车轮外胎(5)、仿生负泊松比结构弹性支撑体(1)、轮辐(4)、内轮辋(2)和外轮辋(3),所述仿生负泊松比结构弹性支撑体(1)呈空心圆柱体结构,内部包括若干弹性支撑胞壁(6)和弹性连接胞壁(7),所述弹性支撑胞壁(6)沿轮胎径向方向均匀间隔对称设置,第N+1层的弹性支撑胞壁(6)的相邻间距为第N层的弹性支撑胞壁的相邻间距的一半,其中N≥1;所述弹性连接胞壁(7)呈圆环状,连接相邻的两个弹性支撑胞壁(6),相邻的两个弹性支撑胞壁(6)之间的弹性连接胞壁(7)沿中线下凹,弹性支撑胞壁(6)和弹性连接胞壁(7)组成环形对称的具有内凹形状的负泊松比结构,且内凹型负泊松比结构沿轮胎径向方向向外呈发散状层层排列,靠近内轮辋(2)的内凹型负泊松比结构尺寸大于靠近外轮辋(3)的内凹型负泊松比结构;仿生负泊松比结构弹性支撑体(1)在里面和外面分别与内轮辋(2)和外轮辋(3)连接,内轮辋(2)同时与轮辐(4)相连,外轮辋(3)与车轮外胎(5)连接在一起。2.根据权利要求1所述的仿生负泊松比结构非充气弹性车轮,其特征在于:弹性支撑胞壁(6)沿周向均匀间隔对称设置,弹性连接胞壁(7)交叉穿过弹性支撑胞壁(6)连接;所述弹性连接胞壁(7)沿轮胎径向方向向外呈发散状层层排列,每层的高度相同,或者相继递增或者递减。3.根据权利要求1所述的仿生负泊松比结构非充气弹性车轮,其特征在于:弹性支撑胞壁(6)和弹性连接胞壁(7)的基体材料为铝、钢、合金、陶瓷、橡胶和树脂塑料中的任意一种。4.根据权利要求1所述的仿生负泊松比结构非充气弹性车轮,其特征在于:仿生负泊松比结构弹性支撑体(1)采用包括焊接、3D打印和粘接在内的制造工艺进行生产。5.根据权利要求1所述的仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的设计方法,其特征在于:结构设计过程中首先根据负泊松比结构的形状特征建立其参数化模型,然后利用拉丁超立方实验设计方法和响应面模型建立负泊松比结构的响应面模型,分别利用多目标粒子群优化算法在外循环进行多目标优化设计和径向基重要性抽样技术在内循环进行可靠性分析,从而获取仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的最优化可靠性设计解;具体包括以下步骤:1)建立仿生负泊松比结构弹性支撑体的参数化模型;2)建立仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的混合分析模型;3)建立仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的多工况多目标可靠性分析模型;4)建立仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的近似分析模型;5)对仿生负泊松比结构非充气弹性车轮进行多目标可靠性优化设计;6)选取仿生负泊松比结构非充气弹性车轮最优多目标可靠性设计解,在第5)步中获得了多目标可靠性优化设计解集,因此采用最优解满意度函数S来选取仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的最优多目标可靠性设计解,最优解满意度函数如下所示:其中,Obji为多目标优化设计中的第i个设计目标,t为多目标优化设计的目标总数,Obji,max为多目标可靠性解集中第i个设计目标里的最大值,Obji,min为多目标可靠性解集中第个设计目标里的最小值。6.根据权利要求5所述的仿生负泊松比结构非充气弹性车轮的设计方法,其特征在于:步骤1)建立仿生负泊松比结构弹性支撑体的参数化模型的具体方法为:选取负泊松比结构2C