一种超大变形的手性压扭结构胞元制造技术

本实用新型专利技术属于超材料技术领域，具体为一种超大变形的手性压扭结构胞元。本实用新型专利技术手性压扭超结构胞元由六个相同结构的面内梁组合形成的空间立方体；每个面内梁是由四根直梁、四根弯梁组合而成的四角为弧形过渡的镂空正方形；其中，四根弯梁的一端固定于一中心圆孔处、且梁体相外等间距仿射布置、梁的弯曲方向一致，四根弯梁的另一端位于一正方形端点处；四根直梁的一端分别与四根弯梁的外端部连接，另一端分别与四根弯梁的弧形相切连接，使正方形的四个角为弧形。本实用新型专利技术结构受压能产生大幅度、稳定的扭转变形，且扭转方向可通过手性方向调整。可用建筑设计、机械结构等行业。业。业。

【技术实现步骤摘要】
一种超大变形的手性压扭结构胞元


[0001]本技术属于超材料
，具体涉及一种手性压扭结构。

技术介绍

[0002]机械超材料（超结构）是指通过人为设计制造材料的周期性空间结构，使其具有超常的力学特性，例如受压扭转、负泊松比和零膨胀等特殊的力学性能。这种特性不仅取决于材料本身的性质，更主要依赖于人工设计的周期性微结构。超材料的出现使得人类能够设计和制造更加符合工业需求的材料。
[0003]本技术提出一种轴向受压后产生超大扭转变形的力学超结构。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提出一种轴向受压后产生稳定、超大扭转变形的手性压扭结构胞元。
[0005]本技术提出的超大变形的手性压扭超结构胞元，在受压时会发生稳定且显著的扭转变形。胞元是由六个相同结构的面内梁组合成的空间立方体，如图3所示；每个面内梁是由四根直梁、四根弯梁组合而成的四角为弧形过渡的搂空正方形，四根弯梁的一端固定于一中心圆孔处、且梁体相外等间距仿射布置、梁的弯曲方向一致，四根弯梁的一端位于一正方形端点处；四根直梁的一端分别与四根弯梁的外端连接，另一端分别与四根弯梁的弧形相切连接，使正方形的四个角为弧形，面内梁结构如图1所示。
[0006]制备方式可以采用3D打印增材制造的方式，也可采用铸造、焊接和切削等方式实现。
[0007]制备材料要求有较好的弹性和韧性，比如TPU。
[0008]例如，采用3D打印增材制造的方式将图纸打印，采用水溶性支撑。打印完成后浸入水中，去除支撑材料后晾干，施加压力即可实现轴向受压扭转。
[0009]由若干胞元堆叠，可形成特定形状、特定需求的手性压扭结构。
[0010]本技术的优势如下：
[0011]本技术的结构，受压能产生大幅度、稳定的扭转现象，且扭转方向可通过手性方向调整。
[0012]相比现存的压扭超结构，本技术提出的手性压扭结构能够产生更大幅度的稳定扭转变形，可适用于更加广泛的工业应用场景，例如：建筑设计、机械结构等行业。
附图说明
[0013]图1为面内结构示意图。
[0014]图2为面内结构三视图。
[0015]图3为胞元结构示意图。
[0016]图4为胞元三视图。
[0017]图5为1
×1×
2堆叠示意图。
[0018]图6为1
×1×
2堆叠三视图。
[0019]图7为4
×4×
8堆叠示意图。
[0020]图8为4
×4×
8堆叠三视图。
[0021]图9为实施例1 中1
×1×
2堆叠受压初始示意图。
[0022]图10为实施例1中1
×1×
2堆叠受压扭转示意图。
[0023]图11为实施例2中4
×4×
8堆叠受压初始斜视图。
[0024]图12为实施例2中4
×4×
8堆叠受压扭转斜视图。
[0025]图13为实施例2中4
×4×
8堆叠受压初始前视图。
[0026]图14为实施例2中4
×4×
8堆叠受压扭转前视图。
[0027]图15为实施例2中4
×4×
8堆叠受压初始俯视图。
[0028]图16为实施例2中4
×4×
8堆叠受压扭转俯视图。
[0029]图17为实施例2中4
×4×
8堆叠扭转角度示意图。
具体实施方式
[0030]实施例1：
[0031]使用3D打印机打印，所用材料为TPU95A，所用水溶性支撑材料为PVA。
[0032]实施例1面内结构如图2所示，其主要结构由四根直梁、四根弯梁组成。面内梁结构如图1所示，四根弯梁的梁宽为2mm，厚为2mm，一端位于中心直径为2mm的圆孔处，另一端位于一边长36mm的正方形端点处，四根直梁一端位于正方形端点处，另一端与弯梁相切，弯梁弧形半径约为11.7mm。
[0033]实施例1中胞元如图3所示，胞元是由6个结构相同的面内梁结构组成空间立方体。
[0034]将2个胞元上下堆叠，如图5所示。
[0035]采用3D打印增材制造的方式打印，将打印件置于水中浸泡，待清水变浑浊更换清水直至PVA支撑完全消失，晾干。
[0036]该压扭超结构在受压后发生明显扭转，如图9、图10所示。
[0037]实施例2：
[0038]实施例2，与实施例1面内结构如图2所示，其主要结构由四根直梁、四根弯梁组成。面内梁结构如图1所示，四根弯梁宽为1mm，厚为1mm，分别一端位于中心直径为1mm的圆孔处，另一端位于一边长18mm的正方形端点处，四根直梁一端位于正方形端点处，另一端与弯梁相切，弯梁半径约为5.9mm。
[0039]实施例2制造方式与实施例1相同，故不再赘述。
[0040]实施例2中，胞元按4
×4×
8堆叠，如图8所示，此堆叠是由128个胞元排列成4行、4列、8层的结构。
[0041]该4
×4×
8堆叠的压扭超结构在受压后发生明显扭转，如图11、图12、图13、图14、图15、图16和图17所示。
[0042]由图13、图14可测的下压距离约为5.18mm，应变为3.59%，由图17可量得扭转角度约为28
°
，弧度为0.49，计算得角度与应变比值为7.80
°
/%，弧度比值为0.136/%。
[0043]注：本结构是无量纲的，可适用于任意尺度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大变形的手性压扭结构胞元，其特征在于，由六个相同结构的面内梁组合形成的空间立方体；每个面内梁是由四根直梁、四根弯梁组合而成的四角为弧形过渡的镂空正方形；其中，四根弯梁的一端固定于一中心圆孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凡，张晓亮，杨易凡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：