[发明专利]一种具有回转特性的负泊松比单胞结构和蜂窝结构

说明书

本发明涉及一种具有回转特性的负泊松比单胞结构，包括四个螺旋结构单元，四个螺旋结构单元呈矩形分布；螺旋结构单元包括两个回转结构单元，回转结构单元中，弧形杆的一端与转动臂的一端连接；第一延伸杆、第二延伸杆和第三延伸杆均与弧形杆连接且相切；两个回转结构单元的转动臂的另一端连接形成一根直杆，两个回转结构单元的弧形杆相对设置；两个回转结构单元中向外延伸的三根杆相互平行；相邻的螺旋结构单元通过相对应的第一延伸杆或第二延伸杆连接，相对的螺旋结构单元通过相对应的第三延伸杆连接。本发明还涉及一种具有回转特性的负泊松比蜂窝结构。本发明负泊松比特性效果明显，属于一种负泊松比结构。

技术领域

本发明涉及一种负泊松比结构，具体涉及一种具有回转特性的负泊松比单胞结构和蜂窝结构。

背景技术

负泊松比效应，是指受拉伸时，材料在弹性范围内横向发生膨胀，而受压缩时，材料在弹性范围内横向发生收缩的现象。负泊松比结构在承受轴向载荷时，却表现出相反的特性，其泊松比为负值。该特性产生的宏观效应就是所述材料在受载时局部密度增加可以聚集更多材料抵抗载荷，从而产生更高的弹性模量、剪切模量、剪切模量、储能模量，更好的回弹韧性和抗断裂性能，且在载荷作用下随着负泊松比效应的增强而提高。因此负泊松比材料结构在抗冲击、耐变形破坏部件设计领域具有广泛的应用前景。

负泊松比材料由于有着不同于普通材料的独特性质，负泊松比材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗断裂性能以及材料的回弹韧性都有着明显的提高。负泊松比材料的应用涉及多个领域，负泊松比材料用于制造夹芯板时，由于受弯时是向外膨胀从而吸收更多的能量，使夹芯板安全性能大大提高；负泊松比泡沫具有特殊的弹性和对声音的吸收能力,可以用于制造隔音材料；穿戴设备类肤部件采用负泊松比材料，可使得增强包裹性的同时提高舒适性。

在冲击载荷作用下，不同的胞元结构形式将对材料局部动态力学行为产生显著影响。目前，负泊松比结构普遍以内凹六边形结构及星型结构单胞结构为主；内凹六边形和星型单包结构在受载压缩时，由于相邻边之间的结合处厚度相较与其他区域较厚，这在一定程度上会抑制内凹变形的趋势，且两种结构在接合处应力集中较大，压缩时容易断裂失效，负泊松比特性效果一般。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种负泊松比特性效果明显的具有回转特性的负泊松比单胞结构和蜂窝结构。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有回转特性的负泊松比单胞结构，包括四个螺旋结构单元，四个螺旋结构单元呈矩形分布；螺旋结构单元包括两个回转结构单元，回转结构单元包括转动臂、弧形杆、第一延伸杆、第二延伸杆、第三延伸杆；弧形杆的一端与转动臂的一端连接；弧形杆分为第一弧形段、第二弧形段和第三弧形段；第一延伸杆的一端与第一弧形段连接，第一延伸杆与第一弧形段相切；第二延伸杆的一端与第二弧形段连接，第二延伸杆与第二弧形段相切；第三延伸杆的一端与第三弧形段连接，第三延伸杆与第三弧形段相切；两个回转结构单元的转动臂的另一端连接形成一根直杆，两个回转结构单元的弧形杆相对设置；两个回转结构单元的第一延伸杆相互平行，两个回转结构单元的第二延伸杆相互平行，两个回转结构单元的第三延伸杆相互平行；四个螺旋结构单元中，相邻的螺旋结构单元通过相对应的第一延伸杆或第二延伸杆连接，相对的螺旋结构单元通过相对应的第三延伸杆连接。

作为一种优选，回转结构单元中，第一延伸杆和第二延伸杆的延长线相互垂直。

作为一种优选，螺旋结构单元中，两个弧形杆的外侧面均为外凸的弧形面。

作为一种优选，转动臂、弧形杆、第一延伸杆、第二延伸杆和第三延伸杆均为实心结构。

作为一种优选，第一弧形段的半径为r1，第二弧形段的半径为r2，第三弧形段的半径为r3，r1＜r2＜r3。

作为一种优选，第一弧形段的圆心和第三弧形段的圆心重合。