CN210715682U - 一种三维负泊松比吸能填充物结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及负泊松比材料技术领域，尤其涉及一种三维负泊松比吸能填充物结构，该结构由若干个单胞结构在三维空间上排列而成，所述单胞结构包括至少三个单体，所述单体包括两个顶点相连接的三角形结构，所述单体沿所述单胞结构中心轴线圆周方向等间距设置。结构中每个单胞结构均具有负泊松比特性，在受到外界冲击时，本实用新型填充物结构的变形具有传递性，即填充物结构内单胞结构可以组合传递变形，从接触面传递而来的载荷通过单胞结构连接边进行传递分摊。本实用新型使用范围广泛、抗压承载能力强，具有良好的吸能效果。

Description

一种三维负泊松比吸能填充物结构

技术领域

本实用新型涉及负泊松比材料技术领域，特别是涉及一种三维负泊松比吸能填充物结构。

背景技术

自然界中广泛使用的材料都具有正泊松比，正泊松比材料在受到拉伸时横截面面积变小，在受到压缩时横截面面积将增大，在1987年Lakes首次通过对聚氨酯泡沫的热处理得到了负泊松比泡沫材料，其泊松比为-0.7，而在1989年，Evans等在研究具有微孔结构的聚四氟乙烯中实现了负泊松比效应，并将其命名为拉胀材料，拉胀材料即负泊松比材料的力学性能与传统材料相反，其在受到拉伸时横截面积会变大，与传统材料相比，负泊松比材料具有独特的力学性能，其与传统正泊松比材料相比，在吸能与抗冲击领域具有很大的优势。目前，现有的负泊松比填充物多为二维结构，其变形模式单一，应用范围有限，抗压承载能力差，吸能效果无法达到理想效果。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种三维负泊松比吸能填充物结构，其在受力时，抗压抗冲击能力强，具有良好的吸能效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三维负泊松比吸能填充物结构，由若干个单胞结构在三维空间上排列而成，所述单胞结构包括至少三个单体，所述单体包括两个顶点相交的三角形结构，所述单体沿所述单胞结构中心轴线圆周方向等间距设置。

进一步，所述单胞结构两端中部设置有连接块，所述单体通过所述连接块相互连接。

进一步，所述三角形结构为等腰三角形结构。

进一步，在Y方向上，相邻两列所述单胞结构交错排列，相邻两列所述单胞结构交错距离等于所述单体高度的二分之一。

进一步，在Y方向上，相邻两列所述单胞结构的个数差为一个。

进一步，在X方向或/和Z方向上，相邻两个所述单胞结构通过所述单体外侧连接。

进一步，所述填充物结构在XY平面内的投影形状相同。

本实用新型的有益效果是：

1、单个单胞结构由若干个三角形结构进行支撑，每个单胞结构均具有两向收缩的负泊松比特性；

2、本实用新型的吸能量为每个单胞结构吸能量之和，提高填充物结构的吸能效果；

3、本实用新型由若干个单胞结构在三维方向上周期性排列而成，受到外界冲击时，本实用新型结构整体的变形具有传递性，即结构内单胞结构组合传递变形，从接触面传递而来的载荷通过单胞结构连接边进行传递分摊，提高材料抗冲击承载能力；

4、本实用新型结构内部形成缓冲区，起诱导变形的作用，使材料具有良好的抗压吸能效果。

附图说明

图1是本实用新型一种三维负泊松比吸能填充物结构的结构示意图。

图2是本实用新型单胞结构的结构示意图。

图3是图1在XY平面内投影的示意图。

附图标记说明：

1——单胞结构，2——单体，21——三角形结构，3——连接块，4——顶角，5——外夹角，6——第一列，7——第二列，8——缓冲区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明，并不是把本实用新型的实施范围限制于此。

如图1所示，本实施例的一种三维负泊松比吸能填充物结构，由若干个单胞结构1在三维空间上排列而成，所述单胞结构1包括至少三个单体2，所述单体2包括两个顶点相连接的三角形结构21，所述单体2沿所述单胞结构1中心轴线圆周方向等间距设置。如图2所示，两个三角形结构21构成类似沙漏形状的单体2，三角形结构21可以为等腰三角形结构，单胞结构1为旋转对称结构，单胞结构1中沙漏形状的单体2彼此不相交。在受到外界冲击时，载荷由单胞结构1上部平面向下进行传递，单胞结构1呈现出向下受压收缩的状态，此时三角形结构21的顶角4受压变大，两个三角形结构21的外夹角5随之变小，单体2内侧边向单胞结构中心变形移动，在达到单胞结构1承载极限时，上平面与下平面距离及其微小，中间各边皆向单胞结构中心弯折，并与相邻平面挤压在一起，单胞结构的吸能作用主要通过三角形结构21各边的变形位移达到。

所述单胞结构1两端中部设置有连接块3，所述单体2通过所述连接块3相互连接，使用连接块3将单体2侧部的上下两端连接在一起从而得到一个完整的三维单胞结构1。

如图3所示，在Y方向上，相邻两列所述单胞结构1交错排列，相邻两列所述单胞结构1交错距离等于所述单体2高度的二分之一；在Y方向上，相邻两列所述单胞结构1的个数差为一个；在X方向或/和Z方向上，相邻两个所述单胞结构1通过所述单体2外侧连接，通过这种排列方式可以将每行每列单胞结构组合在一起，将每个单胞结构的变形形式组合为整体考虑，在受到外部冲击载荷时不会出现相邻列或相邻行之间变形不相关的情况，有利于提高总体的抗压吸能效果。

如图3所示，第一列6与相邻的第二列7之间单胞数目相差为一，故在相邻列上会由于单胞结构数量差异产生缓冲区8，缓冲区8主要起诱导变形的作用，以图3所示的第一列6至第三列为例，缓冲区8的两侧为单胞结构21的上部三角形结构，在结构整体上部受到冲击力时，此上部三角形结构底边受到压力，三角形顶角4变大，两侧边向外扩张变形，其中有一条边将会向缓冲区8变形，从而达到填充缓冲区8的作用，此时最上层单胞压缩至变形极限，缓冲区8被材料填满；压力继续沿竖直方向传递，结构上部为一密度极大的承载平面，其将压力向下传递给第二列7，此时第二列7与第一列6、第三列承载位置相同，当第二列7受压向下变形时将会向第一列6与第三列横向传递一部分载荷，即将所受力进行均匀分摊，第一列6与第三列受力时同理，通过此种传递力的方式可以将所受冲击力分摊到整体结构，达到更高抗冲击承载能力，结构整体变形将向中心进行收缩，和单胞结构变形模式相同，此时填充物结构材料不断集中堆积，整体材料密度变大，结构硬度随之不断增大，结构吸能效果好。

如图3所示，所述填充物结构在XY平面内的投影形状相同，本实用新型填充物结构在Z方向上进行相同的排列布置，无论从Z方向上哪个高度看去其排列方式皆与图3一致，无论哪个面受到冲击，结构整体皆呈现出向结构中心收缩的变形模式，其抗压抗冲击能力较强。与现有的填充结构相比，本实用新型的三维负泊松比填充结构的吸能效果较为优越，其可以应用于汽车、航空、夹层板、吸能盒等具有可填充且对抗冲击和吸能有一定要求的工程应用领域。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，针对该填充物结构进行微小的改动对于相关领域研究人员十分容易，对单胞结构三角形结构数目、排列数量、尺寸，三维结构排列方式、单胞结构排列数量等进行的改动以及将该结构进行相关的应用研究皆属于本实用新型的保护范围。尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：由若干个单胞结构(1)在三维空间上排列而成，所述单胞结构(1)包括至少三个单体(2)，所述单体(2)包括两个顶点相连接的三角形结构(21)，所述单体(2)沿所述单胞结构(1)中心轴线圆周方向等间距设置。

2.根据权利要求1所述的一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：所述单胞结构(1)两端中部设置有连接块(3)，所述单体(2)通过所述连接块(3)相互连接。

3.根据权利要求1所述的一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：所述三角形结构(21)为等腰三角形结构。

4.根据权利要求1所述的一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：在Y方向上，相邻两列所述单胞结构(1)交错排列，相邻两列所述单胞结构(1)交错距离等于所述单体(2)高度的二分之一。

5.根据权利要求1所述的一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：在Y方向上，相邻两列所述单胞结构(1)的个数差为一个。

6.根据权利要求1所述的一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：在X方向或/和Z方向上，相邻两个所述单胞结构(1)通过所述单体(2)外侧连接。

7.根据权利要求1所述的一种三维负泊松比吸能填充物结构，其特征在于：所述填充物结构在XY平面内的投影形状相同。

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