【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抗穿刺甲片单元结构，尤其涉及一种具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件。
技术介绍
1、为了防止自身受到周围环境和捕食者的侵害，自然界的生物在漫长的时间里进化出了各种各样的生物盔甲。从软体动物坚硬的外壳到恐龙厚盔状头骨，盔甲结构不仅需要提供机械保护，同时也发挥着诸如流体力学减阻、着色以及光学、化学、机械传感等多方面的作用。然而，多数生物盔甲基于刚性和坚硬的鳞甲结构，其灵活性受到了限制。因此，在保证防护性能的同时保证自身灵活性成为了各种具有鳞甲防护结构生物趋同的进化方向。自然界给出的解决方案是像鱼、海龟、犰狳、鳄鱼和穿山甲那样通过小的、重复的单元替代较大的单元组成的鳞片状盔甲。
2、基于鳞片的生物盔甲可以分为两类，重叠的鳞片(例如穿山甲、一些鱼和蛇)和相邻的骨板，也称为骨皮(例如海龟、蜥蜴、短吻鳄和犰狳)。前一类，特别是鱼鳞，通过鳞片单元间的相对旋转、滑移和弯曲使其同时具备了防护性及灵活性。与鱼鳞不同的是，以骨皮为基础的甲壳的柔韧性来自相邻钢板的相对运动，或者是通过它们连接的弹性夏普氏纤维(例如犰狳鳞片)，或者是通过指间缝合线(例如海龟)。
3、人类历史上也不乏期望通过结构设计实现防护性和灵活性结合的例子，从笨重的中世纪盔甲，到灵活轻便的中国传统锁子甲结构，再到近代发展的仿生柔性保护结构。但此前大多数关于生物柔性鳞甲的研究都集中在对鳞片形状元素的简化模仿上，并结合防穿刺材料形成多以平面等二维设计要素为主的甲片结构，或是结合软性基材构建编织结构为主的防护织物。
4、现有技术中
5、目前，参数化建模和3d打印已经成为研究生物和仿生材料和结构的机械行为的有力手段，成为有效低成本解决复杂甲片结构的工艺方式，因此若具有一种基于生物鳞片进行结构优化的仿生甲片单元，将为当前防护材料提供新的奠基及发展空间。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件，本专利技术模块化制件通过锁链连接构成的互锁结构，能够在在柔软和坚硬状态之间实现可逆切换，具备可调的机械性能。同时将仿生甲片和模块化鳞甲结构相结合不仅能实现刚柔转变，更能进一步通过仿生甲片相互重叠的overlapping结构实现应力耗散，提升之间的抗冲击性。
2、为实现上述目的，本专利技术是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。
3、在一方面，本专利技术提供了一种高抗穿刺性能的仿生甲片，该仿生甲片的形状主要是由菱形底面、对称双曲面形状的外甲面及对称双曲面形状的内甲面共同构成的几何体；
4、在该几何体垂直于菱形底面且经过菱形底面的短对角线的轴截面上，其轴截面的轮廓线是由短对角线、外甲曲线及内甲曲线构成，将该轴截面的轮廓线以内甲曲线和短对角线交接点为坐标原点(0，0)构建直角坐标系，外甲曲线和短对角线交接点坐标为(16，0)，外甲曲线和内甲曲线交接点坐标x值为-6.5～-7.1、y值为7.5～8.35，当外甲曲线的x值为0时y值为10，所述外甲曲线和内甲曲线均为满足上述坐标关系的抛物线；
5、在该几何体由所述外甲曲线和内甲曲线的交接点及菱形底面的长对角线所确定的内外分割截面上，其内外分割截面的轮廓线是由长对角线和内外分割曲线构成，将该内外分割截面的轮廓线以长对角线的中心点为坐标原点(0，0)构建直角坐标系，长对角线两端端点坐标分别为(-16，0)和(16，0)；当内外分割曲线的x值为0时y值为17～17.5，所述内外分割曲线为满足上述坐标关系的抛物线；
6、所述外甲面是由对称的两个曲面a所构成，所述曲面a边缘是由内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成；
7、所述内甲面是由对称的两个曲面b所构成，所述曲面b边缘是由内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成。
8、在本文中，所述菱形底面与外甲面，也可理解为沿所述菱形底面一侧双棱边延伸出的对称双凹曲面，从而构成所述对称双凹曲面形状的外甲面；所述菱形底面与内甲面，也可理解为沿所述菱形底面另一侧双棱边延伸出的对称双凹曲面，从而构成所述对称双凹曲面形状的内甲面。
9、在本文中，所述曲面a边缘是由内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成，所述曲面a的曲面形状/参数是基于内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成封闭轮廓线形成的，为基于三维建模软件的建模功能实现其曲面平滑构造设计。
10、在其中一种技术方案中，基于模拟实验结果，为了保障高抗刺穿性能的同时尽量降低所述仿生甲片的重量，所述曲面a为凹曲面，其具体形状如图7所示，或曲面a的具体形状如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7其中任一或多幅图所示。
11、在本文中，所述曲面b边缘是由内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成，所述曲面b的曲面形状/参数是基于内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成封闭轮廓线形成的，为基于三维建模软件的建模功能实现其曲面平滑构造设计。
12、在其中一种技术方案中，基于模拟实验结果，为了保障高抗刺穿性能的同时尽量降低所述仿生甲片的重量，所述曲面b为凹曲面，其具体形状如图7所示，或曲面a的具体形状如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7其中任一或多幅图所示。
13、在其中一种技术方案中，基于模拟实验结果，为了提高所述仿生甲片的抗刺穿性能，基于内甲曲线和短对角线交接点为坐标原点(0，0)构建的直角坐标系中，所述外甲曲线的曲线公式为y＝-(5/128)x2+10；所述内甲曲线的曲线公式为y＝-0.1673x2-2.2257x。
14、在其中一种技术方案中，基于模拟实验结果，为了提高所述仿生甲片的抗刺穿性能，基于长对角线的中心点为坐标原点(0，0)构建的直角坐标系中，所述内外分割曲线的曲线公式为y＝-(17.25/256)x2+17.25。
15、在其中一种技术方案中，在所述几何体上菱形底面、内甲面及外甲面交接处为圆角边。在实际建模中，可通过基于三维建模软件的圆角/切角/切边等功能实现圆角边。
16、在其中一种技术方案中，在所述几何体上外甲曲线、内甲曲线及内外分割曲线处为圆角边。在实际建模中，可通过基于三维建模软件的圆角/切角/切边等功能实现圆角边。
17、另一方面，本专利技术基于上述高抗穿刺性能的仿生甲片，提供了一种具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件，主要包括上述高抗穿刺性能的仿生甲片和组合式底座模块，所述组合式底座模块主要是由甲片底座件和活动连接件构成，
18、所述甲片底本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高抗穿刺性能的仿生甲片，其特征在于该仿生甲片的形状主要是由菱形底面、对称双曲面形状的外甲面及对称双曲面形状的内甲面共同构成的几何体；
2.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面A边缘是由内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成，所述曲面A的曲面形状/参数是基于内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成封闭轮廓线形成的，为基于三维建模软件的建模功能实现其曲面平滑构造设计。
3.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面A为凹曲面，其具体形状如图7所示。
4.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面B边缘是由内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成，所述曲面B的曲面形状/参数是基于内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成封闭轮廓线形成的，为基于三维建模软件的建模功能实现其曲面平滑构造设计。
5.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面B为凹曲面，其具体形状如图7所示。
6.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述
7.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述内外分割曲线的曲线公式为y＝-(17.25/256)x2+17.25。
8.一种基于权利要求1所述高抗穿刺性能的仿生甲片的具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件，其特征在于主要包括高抗穿刺性能的仿生甲片和组合式底座模块，所述组合式底座模块主要是由甲片底座件和活动连接件构成，
9.根据权利要求8所述具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件，其特征在于：所述活动连接件的底面是四方底面，且底面边长为为棱形底座上长对角线长度的1/4～1/2，活动连接件高度为底面边长长度的2/5～1/2。
10.根据权利要求8所述具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件，其特征在于：通过多个具有三维活动自由度仿生磷甲式应力分散模块化制件中甲片底座件与活动连接件之间所构成锁链连接延续，构成仿生磷甲制件。
...【技术特征摘要】
1.一种高抗穿刺性能的仿生甲片，其特征在于该仿生甲片的形状主要是由菱形底面、对称双曲面形状的外甲面及对称双曲面形状的内甲面共同构成的几何体；
2.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面a边缘是由内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成，所述曲面a的曲面形状/参数是基于内外分割曲线、外甲曲线及与外甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成封闭轮廓线形成的，为基于三维建模软件的建模功能实现其曲面平滑构造设计。
3.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面a为凹曲面，其具体形状如图7所示。
4.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面b边缘是由内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成，所述曲面b的曲面形状/参数是基于内外分割曲线、内甲曲线及与内甲曲线相邻的菱形底面棱边所构成封闭轮廓线形成的，为基于三维建模软件的建模功能实现其曲面平滑构造设计。
5.根据权利要求1所述仿生甲片，其特征在于：所述曲面b为凹曲面，其具体形状如图7所示。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：李怡俊，韩莹，张瑞谦，商佳程，王贯春，陈勇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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