[发明专利]一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构及其设计方法

权利要求书

1.一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构，包括五爪形结构、圆环(6)，其特征在于：所述五爪形结构包括立杆根部截面(1)、外杆(2)、外杆头部接触面(3)、立杆(4)、内杆(5)、立杆头部(7)、内杆头部与圆环接触面(8)，所述五爪形结构有6个且绕圆环(6)等间距分布，所述内杆(5)的一端与圆环(6)的外壁固定连接，所述内杆(5)远离圆环(6)的一端与外杆(2)的外壁固定连接，所述外杆(2)与内杆(5)相连的一端与立杆(4)的底部固定连接，所述立杆根部接触面为立杆(4)与外杆(2)、内杆(5)相连部位的横截面，所述外杆头部接触面(3)为相邻两个五爪形结构中外杆(2)相连部位的横截面，所述立杆头部(7)为立杆(2)远离内杆(5)的一端，所述内杆头部与圆环接触面(8)为内杆(5)与圆环(6)相连部位的横截面。

2.根据权利要求1所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构，其特征在于：所述立杆头部(7)的截面四边形长为c，宽为e，所述圆环(6)的截面正方形边长均为f，所述圆环(6)的内圈直径为D，相邻两外杆(2)的外侧角度为γ-1，相邻两外杆(2)的内侧角度为γ，相邻外杆(2)和内杆(5)的外侧角度为β-1，相邻外杆(1)和内杆(5)的内侧角度为β。

3.根据权利要求1所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构，其特征在于：所述外杆(2)的长度为L1，所述外杆头部接触面(3)的宽度为a，所述立杆(4)的长度为L2，所述立杆(2)的宽度为c，所述外杆(2)与立杆(4)之间的角度为θ，所述立杆根部截面(1)的四边形长为f、宽为g，所述立杆根部截面(1)的四边形一个内角为φ，所述外杆(2)的其一边缘线与外杆(2)的边缘面的其一边缘线的角度为δ。

4.根据权利要求2或3所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构，其特征在于：β的值为75.99°，β-1的值为72.24°，γ的值为135.58°，γ-1的值为130.93°，c的值为3.68mm，e的值为3.28mm，f的值为4.18mm，g的值为4.14mm，D的值为77.17mm，L1的值为52.36mm，L2的值为12.94mm，a的值为2.83mm，θ的值为90°，φ的值为90°，δ的值为106.11°。

5.根据权利要求1所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构，其特征在于：所述外杆(2)、内杆(5)、立杆(4)均是采用头小脚重的轻量化设计，且内杆(5)与圆环(6)相连的一端较细，所述圆环(6)是横截面为正方形，所述外杆(2)、内杆(5)、立杆(4)支柱轴向上的长度小于切向上的长度。

6.根据权利要求1所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构，其特征在于：所述外杆(2)的根部粗头部细是仿生仙人球刺中的大刺设计，所述立杆(2)是由外杆(4)截取一定长度，同样根部粗头部细是仿生仙人球中的小刺设计。

7.所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构的设计方法，其特征在于：包括一以下步骤：

S1、采用仿生仙人球刺的头小脚重原理，建立五爪形结构；

S2、在五爪形结构中心设计一个圆环(6)。

8.根据权利要求7所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构的设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，五爪形结构中内杆(5)、外杆(2)、立杆(4)的连接根部采用特定角度切除部分后，按照一定角度进行无缝拼接，内杆(5)和外杆(2)头部的连接采用切面式连接。

9.根据权利要求7所述的一种仿生仙人球刺负泊松比吸能结构的设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，圆环(6)与五爪形结构之间采用仿生仙人球刺原理进行连接，五爪形结构的内杆头部与圆环接触面(8)与圆环(6)相切。