【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械超材料领域，可应用于机器人、减震、抗冲击等领域，更具体的说是涉及一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构。
技术介绍
1、超材料是非自然生成的材料,其性能源于材料的结构，而不是材料的化学成分,是一种具有特殊结构的人工合成材料，其在力学，电磁波、声波等领域表现出非常独特的性质。根据应用领域可将超材料分为电磁超材料、声学超材料、热学超材料和机械超材料四大类。负泊松比超材料是机械超材料的一个分支,是指其在受到压力时，在某个方向上的横向正应变与轴向正应变的比值(泊松比)为负，这种材料因具有很多独特的性质，如高度可控的弹性、质量轻、高强度等，可以用于各种领域,例如机器人技术、医学、航空航天等，使其研究和应用具有很大的潜力，在近年来得到了广泛关注。
2、目前，现有的机械超材料在结构设计上，胞元结构单一，且负泊松比超材料多是一体化结构，可重复使用性较低，且迄今为止许多设计都依赖于对现有超材料结构的变形或演化，无法系统地设计几何和拓扑形状以获得具有负泊松比效应的新型超材料结构。
3、因此，如何丰富机械超材料种类，设计出一种能够可重复使用，自刚度可调节，且具有自适应性，自稳定性，自恢复性的机械超材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供了一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构，通过将张拉整体结构与机械超材料结构相结合，丰富了负泊松比超材料胞元的种类，提高了传统机械超材料的力学性能。
2、本专利技术提供了一种具有
3、每组所述第一张拉胞元结构或每组所述第二张拉胞元结构包括：自由度约束组件和四杆张拉整体结构组件；所述自由度约束组件包括正方形框架，滑动部件，杆件连接件和第二连接轴；所述四杆张拉整体结构组件包括第一受拉弹性体，第二受拉弹性体和连接杆件；所述正方形框架共有两组，分别置于整个结构的上下两端，所述正方形框架四个角外侧边缘位置分别布置铰接孔，结构内部四根正四棱柱结构成90°环形阵列布置，结构中心位置布置八边形结构与正四棱柱结构固定连接，铰接孔位的作用在于使胞元结构通过铰接孔位实现铰接相连，正四棱柱结构起到导向的作用，中部的八边形结构起到限位的作用。
4、每组所述第一张拉胞元结构或每组所述第二张拉胞元结构包括：所述滑动部件共有八组，分别安装在两组所述正方形框架的正四棱柱结构上，所述滑动部件下端设计短轴；所述杆件连接件共有八组，结构上端面开设通孔，与所述滑动部件下端短轴配合，实现自由转动；固定在下方所述正方形框架正四棱柱结构上的四组所述滑动部件与固定在上方所述正方形框架正四棱柱结构上的四组所述滑动部件朝向对向布置，在下方四组所述滑动部件转动连接的四组所述杆件连接件与在上方四组所述滑动部件转动连接的四组所述杆件连接件朝向对向布置；所述第二连接轴共有八组；所述第一受拉弹性体共有八组，每一组所述第一受拉弹性体的两端分别与布置在同一组正方形框架上的相邻两组所述滑动部件侧面固定连接。
5、四杆十二索张拉整体结构，共计有两种不同的连接方式，可以实现在受压过程中不同的变形效果；四杆十二索张拉整体结构的杆件第一端在空间中连接在正四棱柱的底面的一个顶点上，第二端连接在正四棱柱的侧面长方形的对角顶点上，每根杆件顺次空间交错连接。
6、每组所述第一张拉胞元结构或每组所述第二张拉胞元结构包括：所述连接杆件共有四组，每一组所述连接杆件两端分别与所述杆件连接件通过所述第二连接轴铰接，所述每一组连接杆件的空间位置与四杆十二索张拉整体结构杆件的空间位置相同，每一组所述连接杆件顺次空间交错连接；所述第二受拉弹性体共有四组，每一组所述第二受拉弹性体其两端分别与一组所述连接杆件的下端和相邻另一组所述连接杆件的上端固定连接。
7、每组所述第一张拉胞元结构与每组所述第二张拉胞元结构通过所述第一连接轴在所述正方形框架四个角位置铰接孔位完成铰接。
8、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构，在四杆十二索张拉整体结构的作用下，当结构不受外部载荷时，结构受到内应力的相互作用，在自稳定状态下达到平衡；在受到外部载荷的状态下，胞元结构上表面和下表面会产生扭转效果，再一次撤掉外部载荷，结构会恢复至初始状态。一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构具有自适应性、自恢复性、压痕阻力特性等优点。本专利技术通过将张拉整体结构与机械超材料结构进行结合，丰富了现有机械超材料胞元结构的种类，并为张拉机械超材料结构的设计、分析及应用开辟了全新的方向。
9、本专利技术的另一目的在于提供了一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构，包括装置本体及与其配合连接的上述所述的一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构。
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1.一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构，其特征在于，包括第一连接轴（300）和基于四杆张拉结构的两种不同连接方式的张拉胞元结构：第一张拉胞元结构（1001），第二张拉胞元结构（1002）；所述第一张拉胞元结构（1001）共有五组，所述第二张拉胞元结构（1002）共有四组；所述第一张拉胞元结构（1001）与所述第二张拉胞元结构（1002）除连接方式不同之外，其余零部件以及零部件的连接方式全部相同；每组所述第一张拉胞元结构（1001）和每组所述第二张拉胞元结构（1002）包括：自由度约束组件（100）和四杆张拉整体结构组件（200）；所述自由度约束组件（100）包括正方形框架（101），滑动部件（102），杆件连接件（103）和第二连接轴（104）；所述四杆张拉整体结构组件（200）包括第一受拉弹性体（201），第二受拉弹性体（202）和连接杆件（203）；所述正方形框架（101）共有两组，分别置于整个结构的上下两端，所述正方形框架（101）四个角外侧边缘位置分别布置铰接孔，结构内部四根正四棱柱结构成90°环形阵列布置，结构中心位置布置八边形结构与正四棱柱结构固定连接。
...【技术特征摘要】
1.一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构，其特征在于，包括第一连接轴（300）和基于四杆张拉结构的两种不同连接方式的张拉胞元结构：第一张拉胞元结构（1001），第二张拉胞元结构（1002）；所述第一张拉胞元结构（1001）共有五组，所述第二张拉胞元结构（1002）共有四组；所述第一张拉胞元结构（1001）与所述第二张拉胞元结构（1002）除连接方式不同之外，其余零部件以及零部件的连接方式全部相同；每组所述第一张拉胞元结构（1001）和每组所述第二张拉胞元结构（1002）包括：自由度约束组件（100）和四杆张拉整体结构组件（200）；所述自由度约束组件（100）包括正方形框架（101），滑动部件（102），杆件连接件（103）和第二连接轴（104）；所述四杆张拉整体结构组件（200）包括第一受拉弹性体（201），第二受拉弹性体（202）和连接杆件（203）；所述正方形框架（101）共有两组，分别置于整个结构的上下两端，所述正方形框架（101）四个角外侧边缘位置分别布置铰接孔，结构内部四根正四棱柱结构成90°环形阵列布置，结构中心位置布置八边形结构与正四棱柱结构固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有压缩扭转特性的正方形旋转刚体结构，其特征在于，每组所述第一张拉胞元结构（1001）和每组所述第二张拉胞元结构（1002）包括：所述滑动部件（102）共有八组，分别安装在两组所述正方形框架（101）的正四棱柱结构上，所述滑动部件（102）下端设计短轴；所述杆件连接件（103）共有八组，结构上端面开设通孔，与所述滑动部件（102）下端短轴配合，实现自由转动；固定在下方所述正方形框架（101）正四棱柱结构上的四组所述滑动部件（102）与固定在上方所述正方形框架（101）正四棱柱结构上的四组所述滑动部件（102）朝向对向布置，在下方四组所述滑动部件...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙建伟，张松宇，张美玲，徐子明，禤德瑾，于小洺，张浩然，栾亦鹏，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：
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