[发明专利]一种嵌套式离散装配机械超构材料

说明书

本发明公开了一种嵌套式离散装配机械超构材料，该机械超构材料由内单胞和外单胞嵌套装配而成；内单胞为八面体构型，包括3片环块；外单胞为立方体构型，包括6片十字形片体和12个L形角码；内单胞和外单胞通过第一螺栓组和第二螺栓组进行连接形成一个完整的机械超构材料单胞，或多个机械超构材料单胞通过第三螺栓组和第四螺栓组进行周期性装配形成大尺寸机械超构材料。离散的单胞零件可以采用传统的生产工艺进行大批量制备，有效降低了生产成本，离散装配方式也进一步消除了加工工艺及加工尺寸的限制。

技术领域

本发明属于机械超构材料领域，更具体地，涉及一种嵌套式离散装配机械超构材料。

背景技术

机械超构材料又称力学超构材料或超结构，是一类自然界中不存在的，但具有特殊性能的人造材料。通过合理地设计超构材料内部微结构或重复单元构型，能够有效地调控超构材料的各项性能，如负泊松比、负热膨胀、轻质高强等，机械超构材料在热学和力学工程应用等方面有着广泛的应用前景。

机械超构材料具有优良的机械性能，但仍然面临着几何构型复杂、性能调控困难、常规工艺难以制备的难点。其一，机械超构材料功能特性与结构几何构型之间耦合规律复杂，性能调控主要依赖于其几何拓扑构型。因此，如何实现具有超轻、超强、超刚等特性的机械超构材料设计，一直是科学与工程中追求的目标；其二，常规制造工艺，如铸造、热注塑、机加工等难以实现拓扑构型复杂的零部件制备。因此，目前超构材料的制备主要依赖于增材制造技术。但特殊工艺和设备将导致机械超构材料加工成本高昂，且受到设备自身尺寸的限制，难以低成本实现大尺寸、大批量机械超构材料的生产；其三，随着对结构性能和功能要求越来越苛刻，均质材料制备（结构由同一种材料制备）的零件已难以满足产品的设计要求，但受限于现有制造工艺，多材料制备技术一直是领域内具有挑战性的研究课题。综上，如何实现高性能机械超构材料构型设计、突破制造工艺限制是超构材料面向实际工程应用亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供一种嵌套式离散装配机械超构材料，该机械超构材料由内单胞和外单胞通过螺栓装配而成。内单胞为八面体构型，包括3片环块，外单胞为立方体构型，包括6片十字形片体和12个L形角码。内外单胞通过螺栓组进行连接，从而形成一个完整的单胞，多个机械超构材料单胞又可通过螺栓组进行周期性装配连接。离散的单胞零件可以采用传统的生产工艺进行大批量制备，有效降低了生产成本，离散装配方式也进一步消除了加工工艺及加工尺寸的限制。此外，相比较于内/外机械超构材料单胞，所设计的离散装配机械超构材料的力学性能显著增强，展现出轻质高强的机械特性。

为了实现上述技术效果，本发明提供一种嵌套式离散装配机械超构材料，一种嵌套式离散装配机械超构材料，该机械超构材料由内单胞和外单胞嵌套装配而成；内单胞为八面体构型，包括3片环块；外单胞为立方体构型，包括6片十字形片体和12个L形角码；内单胞和外单胞通过第一螺栓组和第二螺栓组进行连接形成一个完整的机械超构材料单胞，或多个机械超构材料单胞通过第三螺栓组和第四螺栓组进行周期性装配形成大尺寸机械超构材料。

所述内单胞包括第一环块、第二环块和第三环块；所述第一环块和第三环块外形呈正方形，第二环块外形呈菱形形状；所述环块均具有一定的厚度，3个环块按照一定的装配顺序嵌套组装。

所述第一环块和第三环块呈中心对称构型，分别设有4个第一安装孔，所述第一安装孔为通孔，设置在与x、y轴平行方向的短边中心位置上；所述第二环块呈轴对称构型，设有4个第二安装孔，所述第二安装孔为通孔，设置在与x、y轴平行方向的短边中心位置上。