[发明专利]仿生双相力学超材料及大学生方程式赛车吸能盒

说明书

本发明公开了一种仿生双相力学超材料及大学生方程式赛车吸能盒，其中，仿生双相力学超材料包括软相单胞微结构和硬相单胞微结构，所述硬相单胞微结构和所述软相单胞微结构采用生物材料中的增韧机制按照两相特定连续排布形式组装成代表性体积单胞。仿生双相力学超材料具有低相对密度，质量轻且具有优异的力学性能，包括较高的强韧性、刚度以及极高能量吸收，应用前途广阔。

技术领域

本发明涉及力学超材料及大学生方程式赛车技术领域，尤其是涉及一种仿生双相力学超材料及大学生方程式赛车吸能盒。

背景技术

力学超材料，作为一类典型的超轻质材料，由于其高比刚度，高比强度等特性，在过去的二十年内一直是研究热点。如何开发超轻质、高比性能、抗冲击的结构材料，是载运工具轻量化与安全领域的核心科学问题之一。

另外，FSAE比赛由美国车辆工程师学会于1979年开办，要求参赛者在一年时间不超过25000美元的经费下，开发一部排气量为610C.C.以下的赛车。大学生方程式赛车是一项富有激情且充满挑战性的项目，在体验速度与激情的同时也面临着危险。方程式赛车追求的是更快更轻更安全，所以在要保证赛车减重的同时，保证赛车的碰撞安全性。规则要求方程式赛车的碰撞吸能装置(防撞块)位于赛车正前方，并且在尺寸不超过一定限制的情况下具有足够的能量吸收。目前常见的防撞块采用的是吸能泡沫、碳纤维吸能盒以及铝蜂窝等材料。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种仿生双相力学超材料，具有低相对密度，质量轻且具有优异的力学性能，包括较高的强韧性、刚度以及极高能量吸收，耐撞性好。

根据本发明第一方面实施例的仿生双相力学超材料，包括：

软相单胞微结构；

硬相单胞微结构，所述硬相单胞微结构和所述软相单胞微结构采用生物材料中的增韧机制按照两相特定连续排布形式组装成代表性体积单胞。

根据本发明第一方面实施例的仿生双相力学超材料，硬相单胞微结构和软相单胞微结构借鉴自软界中生物材料的双相增韧机制，按照生物材料中软硬两相特定位置关系连续排布，这种排布形式可以提供额外的能量吸收。综上，本发明第一方面实施例的仿生双相力学超材料具有如下的优点：具有低相对密度，质量轻且具有优异的力学性能，包括较高的强韧性、刚度以及极高能量吸收，耐撞性好，具有广阔的应用前景，例如可以应用到大学生方程式赛车吸能盒中。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述双相特定连续排布形式为两相双连续排布形式。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述软相单胞微结构的形式和所述硬相单胞微结构的形式根据所需的相对密度和力学性能进行定制。

根据本发明第一方面进一步的实施例，所述软相单胞微结构为FCC构型的点阵单胞，所述硬相单胞微结构为SC-FCC构型的点阵单胞。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述仿生双相力学超材料的母体材料为聚合物材料或金属材料。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述代表性体积单胞采用3D打印方式制备得到。

本发明第二方面还提出了一种大学生方程式赛车吸能盒。

根据本发明第二方面实施例的大学生方程式赛车吸能盒，所述吸能盒用于安装在大学生方程式赛车头部基板上并位于前鼻外壳之内，包括：

底板，所述底板用于安装在所述头部基板上；

根据本发明第一方面任意一个实施例所述的仿生双相力学超材料；

蒙皮，所述蒙皮包覆所述仿生双相力学超材料并固定在所述底板上。