[发明专利]多稳定格子结构

说明书

(一)技术领域

本发明涉及材料科学，具体说就是一种多稳定格子结构。

(二)背景技术

变形结构是一种可以大幅改变形状满足或提升功能要求的结构，是智能变形飞行器等的基础。普通的通过材料弹性或塑性变形满足不了大幅变形和往复变形的要求。柔性材料满足变形要求，但需要外载荷作用才能维持其形状。而用于智能变形的结构变形需要具有多种形状，并可以往复转变的功能。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以满足多种形状大幅度变化要求，每个形状下不需外力可自己独立维持构型，各构型可以往复转变的多稳定格子结构。

本发明的目的是这样实现的：它是由多个三稳定格子结构单元组成的；三稳定格子结构单元之间是通过螺栓或者胶接连接的。

本发明还有以下技术特征：

(1)所述的三稳定格子结构单元由四个双稳定薄片组成；四个双稳定薄片通过螺栓或者胶接连接。

(2)所述的三稳定格子结构单元有三个稳定形状，三个稳定形状是平面矩形格子、下凹曲面格子和上凹曲面格子。

本发明多稳定格子结构，制作方法如下：首先利用复合材料叠层结构的非对称铺成特点，利用热压罐工艺制备出具有双稳定构型的窄矩形薄片，将四个薄片通过螺栓或者胶接连接，形成三稳定格子结构单元。它具备平面矩形格子、下凹曲面格子和上凹曲面格子三种不需外力作用即可以独立维持其构型的稳定形状。然后，将各个格子结构单元之间通过螺栓或者胶接连接，则制成了具备超过3个稳定构型的多稳定格子结构。

本发明多稳定格子结构，提供一种能适应多个(超过3)形状变化要求的多稳定结构，每个构型下不需外力即可维持其构型。如有n*n个三稳定格子单元连接在一起，则由此构成的多稳定结构具有超过2ⁿ个稳定形状，并且在其格子构型下无需外力即可维持其形状，同时各个构型之间可以一定外载荷作用下相互转变。本发明多稳定格子结构既适应大幅形状往复转变，又可独立维持格子构型的多稳定格子结构。

(四)附图说明

图1为本发明的三稳定格子结构单元示意图；

图2为本发明的三稳定格子结构单元的三个稳定构型之一示意图；

图3为本发明的三稳定格子结构单元的三个稳定构型之二示意图；

图4为本发明的三稳定格子结构单元的三个稳定构型之三示意图；

图5为本发明多稳定格子结构典型构型之一示意图；

图6为本发明多稳定格子结构典型构型之二示意图；

图7为本发明多稳定格子结构典型构型之三示意图；

图8为本发明多稳定格子结构典型构型之四示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1，结合图1-图8，本发明所述的三稳定格子结构单元有四个双稳定矩形薄片组成(图1中的1和3)，用铆钉连接(图1中的2)。制备好的三稳定格子结构单元的三个稳定形状分别为：平面矩形格子(图2)，上凹的曲面格子(图3)，下凹的曲面格子(图4)。采用多个格子结构连接而成的多稳定格子结构具有多个稳定构型，其中的任何一个格子至少可以形成2个稳定形状。图5-图8给出了由4*4个三稳定格子结构单元构成的多稳定格子结构，其中几个典型的构型为：平面格子结构(图5)，沿某一边方向的波纹形格子结构(图6)，沿另一边方向的波纹形格子结构(图7)，两边弯曲的格子结构(图8)。对于此4*4个3稳定格子结构单元构成的多稳定格子结构，理论上在一个方向即沿一条边方向就有2⁴个稳定构型，而在与之垂直的方向，理论上还有2⁴个稳定构型，但其中平面构型两种情况重合，所有理论上有2*2⁴-1个即31个稳定构型，且各稳定构型之间在一定外载荷作用下可以互相转变，当转变到某一稳定构型后，外力撤走即不再需要外力即可维持其稳定构型。