一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构

本发明涉及负泊松比超材料结构，更具体的说是涉及一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构。

背景技术：

1、负泊松比超材料作为机械超材料的一个重要分支，由于其具有负泊松比效应，可以使材料的剪切模量、断裂韧性、热冲击强度、压痕阻力等力学性能得到增强，已成为备受关注的新材料。而超材料作为一种非自然生成的材料，其性能取决于材料的结构特征，而不是材料的化学成分。

2、目前提出了多种实现负泊松比特性的超材料胞元结构，但是均存在几何和拓扑形状设计不合理情况，主要表现在自稳定性差，刚性、力学性能有待提升。

3、因此，提供一种提升力学性能的基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，兼具可编程性、稳定性和刚度可调特点。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，包括三叉杆组件、三个弹性连杆组件和三个第一弹簧，三个所述弹性连杆组件沿所述三叉杆组件周向均匀分布，且每个所述弹性连杆组件端部均与所述三叉杆组件端部转动连接；每个所述弹性连杆组件中部均与所述三叉杆组件中部通过所述第一弹簧连接。

4、通过采取以上方案，本发明的有益效果是：

5、利用张拉整体结构质量轻、自稳定、自适应和刚度可调的特点，与超材料胞元结构结合，能够提升刚性和自稳定性，改善力学性能。

6、进一步的，所述三叉杆组件包括上下平行且交叉分布的第一三叉杆和第二三叉杆，所述第一三叉杆中部与所述第二三叉杆中部转动连接，形成第一中心转动点；三个所述弹性连杆组件的一端部分别与所述第一三叉杆的三个第一支杆件端部转动连接，三个所述弹性连杆组件的另一端部分别与所述第二三叉杆的三个第二支杆件端部转动连接；三个所述弹性连杆组件中部分别通过三个所述第一弹簧与所述第一中心转动点连接。

7、进一步的，相邻分布的所述第一支杆件和所述第二支杆件之间呈60°夹角。

8、进一步的，所述弹性连杆组件包括第一连杆、第二连杆、两个第二弹簧和两个第三弹簧，所述第一连杆和所述第二连杆上下平行且交叉分布，且所述第一连杆中部与所述第二连杆中部转动连接，形成第二中心转动点；所述第一连杆端部与靠近其的所述第二连杆端部通过所述第二弹簧连接，所述第一连杆端部与远离其的所述第二连杆端部通过所述第三弹簧连接；三个所述第一支杆件端部分别与三个所述第一连杆的一端部转动连接，三个所述第二支杆件端部分别与三个所述第二连杆的一端部转动连接；三个所述第二中心转动点分别通过三个所述第一弹簧与所述第一中心转动点连接。

9、采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，三个弹性连杆组件结构在受到不同方向的力时，能互相限制在轴线方向的转动，使结构更加稳定，并且在三组不同弹性系数的弹簧约束下，总会在一个位置达到平衡状态，提高自稳定性。

10、进一步的，所述第一连杆和所述第二连杆之间夹角呈60°。

11、进一步的，所述第一三叉杆中部与所述第二三叉杆中部，所述第一连杆中部与所述第二连杆中部，所述第一支杆件端部与所述第一连杆端部，以及所述第二支杆件端部与所述第二连杆端部均通过销连接。

技术特征：

1.一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，其特征在于，包括三叉杆组件、三个弹性连杆组件和三个第一弹簧，三个所述弹性连杆组件沿所述三叉杆组件周向均匀分布，且每个所述弹性连杆组件端部均与所述三叉杆组件端部转动连接；每个所述弹性连杆组件中部均与所述三叉杆组件中部通过所述第一弹簧连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，其特征在于，所述三叉杆组件包括上下平行且交叉分布的第一三叉杆和第二三叉杆，所述第一三叉杆中部与所述第二三叉杆中部转动连接，形成第一中心转动点；三个所述弹性连杆组件的一端部分别与所述第一三叉杆的三个第一支杆件端部转动连接，三个所述弹性连杆组件的另一端部分别与所述第二三叉杆的三个第二支杆件端部转动连接；三个所述弹性连杆组件中部分别通过三个所述第一弹簧与所述第一中心转动点连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，其特征在于，相邻分布的所述第一支杆件和所述第二支杆件之间呈60°夹角。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，其特征在于，所述弹性连杆组件包括第一连杆、第二连杆、两个第二弹簧和两个第三弹簧，所述第一连杆和所述第二连杆上下平行且交叉分布，且所述第一连杆中部与所述第二连杆中部转动连接，形成第二中心转动点；所述第一连杆端部与靠近其的所述第二连杆端部通过所述第二弹簧连接，所述第一连杆端部与远离其的所述第二连杆端部通过所述第三弹簧连接；三个所述第一支杆件端部分别与三个所述第一连杆的一端部转动连接，三个所述第二支杆件端部分别与三个所述第二连杆的一端部转动连接；三个所述第二中心转动点分别通过三个所述第一弹簧与所述第一中心转动点连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，其特征在于，所述第一连杆和所述第二连杆之间夹角呈60°。

6.根据权利要求4所述的一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，其特征在于，所述第一三叉杆中部与所述第二三叉杆中部，所述第一连杆中部与所述第二连杆中部，所述第一支杆件端部与所述第一连杆端部，以及所述第二支杆件端部与所述第二连杆端部均通过销连接。

技术总结
本发明公开了一种基于张拉结构的负泊松比超材料胞元结构，包括三叉杆组件、三个弹性连杆组件和三个第一弹簧，三个弹性连杆组件沿三叉杆组件周向均匀分布，且每个弹性连杆组件端部均与三叉杆组件端部转动连接；每个弹性连杆组件中部均与三叉杆组件中部通过第一弹簧连接。本发明利用张拉整体结构质量轻、自稳定、自适应和刚度可调的特点，与超材料胞元结构结合，能够提升刚性和自稳定性，改善力学性能。

技术研发人员：孙建伟,崔凯铭,张松宇,张美玲,姬旭,郜思洋
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15