[发明专利]一种加固型负刚度超材料结构

说明书

本发明公开了一种加固型负刚度超材料结构，涉及力学超材料技术领域，解决了负刚度超材料的结构不够简单且不能重复使用的技术问题，其技术方案要点是通过外圆柱面加内部周期结构的方式实现了空间的充分利用并提高了超材料结构的抗冲击能力和自身强度。同时，通过屈曲力位移表达式快速计算或验证超材料结构的负刚度和双稳态性能，缩短了加固型超材料结构抗冲击性能的设计时间，极大地提高了结构设计效率。

技术领域

本申请涉及力学超材料技术领域，尤其涉及一种加固型负刚度超材料结构。

背景技术

工业领域尤其是航空航天领域，对于轻量化、隔振、抗冲击等防护材料的要求越来越高。超材料是具有特殊的人工结构的特殊物理性质的材料，在力学超材料领域，负泊松比和负刚度超材料都具有较好的隔振抗冲击性能，因此超材料的研究具有非常重要的意义。

对于结构和材料方面，负刚度超材料主要有几种实现方式：受压和受弯梁结构、旋转的线性弹簧以及特殊的材料分布。特殊的材料分布结构会比较复杂，设计和制造都有一定难度；旋转的线性弹簧的应用场合有限，而梁结构具有结构简单、存在双稳态性能的优点，但当前基于梁结构的超材料未考虑空间的充分利用和自身强度。因此，亟需一种结构简单、可重复使用、适用于特殊场景的加固型超材料结构。

发明内容

本申请提供了一种加固型负刚度超材料结构，其技术目的是使负刚度超材料的结构简单且能重复使用。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种加固型负刚度超材料结构，包括外圆柱面和内部周期性结构，所述外圆柱面上设有周期性分布的第一梁单元，所述内部周期性结构上设有周期性分布的第二梁单元，所述第一梁单元和所述第二梁单元都包括两个对称的斜梁单元；

所述外圆柱面的上表面和下表面都为一个圆结构，所述第一梁单元周期性的分布在上表面和下表面的所述圆结构之间；

所述内部周期性结构包括6个60°的圆周阵列结构，每个所述圆周阵列结构都包括两个所述第二梁单元，且相邻的所述圆周阵列结构共用一个所述第二梁单元；每个所述第二梁单元的顶部设有上梁、底部设有下梁，所述第二梁单元设在所述上梁和所述下梁之间；

所述上梁和所述外圆柱面上表面的圆结构连接，且与上表面的圆结构位于同一平面内；

所述下梁和所述外圆柱面下表面的圆结构连接，且与下表面的圆结构位于同一平面内。

本申请的有益效果在于：(1)本申请通过外圆柱面加内部周期结构的方式实现了空间的充分利用并提高了超材料结构的抗冲击能力和自身强度。(2)本申请通过屈曲力位移表达式快速计算或验证超材料结构的负刚度和双稳态性能，缩短了加固型超材料结构抗冲击性能的设计时间，极大地提高了结构设计效率。

附图说明

图1为本申请所述加固型负刚度超材料结构的结构示意图；

图2为本申请所述加固型负刚度超材料结构的正视图；

图3为本申请所述加固型负刚度超材料结构的俯视图；

图4为本申请所述加固型负刚度超材料结构的剖面图；

图5为本申请所述加固型负刚度超材料结构的单元展示图；

图6为本申请所述加固型负刚度超材料结构的两类力位移曲线示意图；

图7为本申请所述加固型负刚度超材料结构的实例的力位移曲线图；

图中：1-外圆柱面；2-内部周期结构；3-第一梁单元；4-第二梁单元；5-斜梁单元；6-圆结构；7-上梁；8-下梁。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。