[发明专利]大拉伸量下具有可调节拉胀特性的剪纸超材料及其设计方法

权利要求书

1.一种大拉伸量下具有可调节拉胀特性的剪纸超材料，其特征在于，所述剪纸超材料(1)由多个有序排布的方形单胞(2)构成，所述有序排布指：多个方形单胞(2)在剪纸超材料(1)内周期性、梯度性或非规则性排布，对应的剪纸超材料(1)分别具有均匀拉胀特性、梯度拉胀特性和指定非均匀拉胀特性；

所述的方形单胞(2)边长L、厚度t，由一个1/4方形域(3)和由该1/4方形域分别沿着单胞内部的x轴/y轴(6)镜像得到的另外三个1/4方形域组成；所述的一个1/4方形域(3)中预置两条形状相同的剪口(5)，两条剪口(5)之间满足沿该1/4方形域中心旋转对称；在一个完整的方形单胞(2)中，所有剪口(5)的布局满足沿单胞中心点反手性对称；

所述的一个1/4方形域(3)中的所有剪口(5)均具有均匀宽度w，其中一条剪口(5)的一个剪口尖端(4)位于所述1/4方形域的一个顶点(11)，另一个剪口尖端(4)呈圆弧状，其半径为w/2，位于所述1/4方形域内部；所述的一条剪口(5)为细长的三段折线型，从1/4方形域一个顶点(11)起，由直线型的剪口首段(7)、剪口中段(8)和剪口末段(9)三部分组成，并由以下剪口参数描述：剪口首段(7)、中段(8)和末段(9)的中心线(10)的长度分别为L₁、L₂和L₃；所述剪口首段(7)与所述1/4方形域(3)底部边界夹角为θ₁，剪口中段(8)与y轴平行，剪口中段(8)与剪口末段(9)的相对夹角为θ₂，且θ₂始终位于所述剪口的中段(8)靠近单胞边界的一侧；

所述的方形单胞(2)构型的几何参数取值范围如下：参数t/L的变化范围为0.0033-0.0167；参数L₁/L的变化范围为0.33-0.44；参数L₂/L的变化范围为0.08-0.39；参数L₃/L的变化范围为0.10-0.29；参数θ₂的变化范围为60°-160°；参数w/L的变化范围为0.001-0.033；参数θ₁的变化范围为0°-11.5°，且当θ₁=0°时，剪口首段(7)的中心线(10)与1/4方形域(3)的边界重叠，此时剪口首段(7)的宽度为w/2。

2.根据权利要求1所述的一种大拉伸量下具有可调节拉胀特性的剪纸超材料，其特征在于，所述剪纸超材料(1)的基体材料选用金属或高分子聚合物，采用刀刻、激光切割、水切割或3D打印技术制造。