具有负泊松比的三节点拉胀结构的制作方法

1.本实用新型涉及拉胀材料领域，具体而言，涉及一种具有负泊松比的三节点拉胀结构。


背景技术：

2.现有的拉胀结构包括中心圆环和手臂，在水平方向的拉伸荷载作用下，中心圆环会发生旋转，与之相连的手臂会发生弯曲，导致竖直方向发生膨胀，表现出负泊松比效应。
3.但随着变形的增大，中心圆环会发生畸变，使得拉胀结构失去拉胀效应。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的包括，例如，提供了一种具有负泊松比的三节点拉胀结构，其能够增大拉胀结构拉胀效应下的变形量。
5.本实用新型的实施例可以这样实现：
6.本实用新型的实施例提供了一种具有负泊松比的三节点拉胀结构，包括多个基础单元；
7.所述基础单元包括在平面内设置的环状件、三根支柱以及三根手臂；所述三根支柱沿所述环状件的周向间隔分布，且所述三根支柱均与所述环状件连接；所述三根支柱的一端共同在所述环状件的中心位置连接，所述三根支柱的另一端分别与所述三根手臂的一端一一对应连接；所述手臂与所述支柱呈夹角设置；
8.任意两个所述基础单元的两个所述手臂连接。
9.另外，本实用新型的实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构还可以具有如下附加的技术特征：
10.可选地，任意相邻的两个所述支柱之间的夹角相等。
11.可选地，任意两个所述支柱与所述手臂之间的夹角相等。
12.可选地，所述支柱与所述手臂之间的夹角为钝角。
13.可选地，所述支柱与所述手臂之间的夹角范围为60
°‑
120
°
。
14.可选地，所述三根支柱的长度相等，所述三根手臂的长度相等。
15.可选地，所述环状件包括依次连接围成三角形结构的三根连接柱；所述支柱与所述连接柱连接。
16.可选地，所述支柱与所述连接柱在相邻的两个所述连接柱的连接位置处连接。
17.可选地，所述环状件为圆环，所述三根支柱分别与所述圆环连接。
18.可选地，所述多个基础单元包括多个环形组；每个所述环形组中的多个所述基础单元环形分布，每个所述环形组中相邻的两个所述基础单元呈手性对称分布，且所述手臂连接。
19.本实用新型实施例的具有负泊松比的三节点拉胀结构的有益效果包括，例如：
20.该结构包括多个基础单元；基础单元包括在平面内设置的环状件、三根支柱以及
三根手臂；三根支柱沿环状件的周向间隔分布，且三根支柱均与环状件连接；三根支柱的一端共同在环状件的中心位置连接，三根支柱的另一端分别与三根手臂的一端一一对应连接；手臂与支柱呈夹角设置；任意两个基础单元的两个手臂连接。该结构在变形增大的过程中，环状件由于三根支柱的增强作用不会产生畸变，从而保证该结构在大变形情况下仍然具有拉胀效应。同时，通过改变手臂与支柱的夹角，可以改变手臂的弯曲对拉胀效应的影响，从而控制拉胀效应。环状件的尺寸可以改变，支柱越短，拉胀效应的增强效果越低。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构中基础单元的第一种结构的示意图；
23.图2为本实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构的第一种结构的示意图；
24.图3为本实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构中基础单元的第二种结构的示意图；
25.图4为本实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构的第二种结构的示意图；
26.图5为本实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构与现有的拉胀结构的应变与泊松比关系的对比示意图。
27.图标：10
‑
具有负泊松比的三节点拉胀结构；100
‑
基础单元；110
‑
环状件；120
‑
支柱；130
‑
手臂；111
‑
连接柱。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
32.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。
34.下面结合图1至图5对本实施例提供的具有负泊松比的三节点拉胀结构10进行详细描述。
35.请参照图1以及图2，本实用新型的实施例提供了一种具有负泊松比的三节点拉胀结构10，包括多个基础单元100；基础单元100包括在平面内设置的环状件110、三根支柱120以及三根手臂130；三根支柱120沿环状件110的周向间隔分布，且三根支柱120均与环状件110连接；三根支柱120的一端共同在环状件110的中心位置连接，三根支柱120的另一端分别与三根手臂130的一端一一对应连接；手臂130与支柱120呈夹角设置；任意两个基础单元100的两个手臂130连接。
[0036]“负泊松比(negativepoisson’sratio)”是指受拉伸时，材料在弹性范围内横向发生膨胀；而受压缩时，材料的横向反而发生收缩。“平面内设置的环状件110、三根支柱120以及三根手臂130”是指环状件110、三根支柱120以及三根手臂130不会处于相交的平面内，例如，环状件110、三根支柱120以及三根手臂130共面设置，或者环状件110、三根支柱120以及三根手臂130分别处于相互平行的平面内。“环状件110”是指首尾相连围成的构件，可以是中空的圆形，矩形或者三角形。
[0037]
三根支柱120均与环状件110连接，三根支柱120的一端连接在一起，三根支柱120的另一端与手臂130的一端连接。两个基础单元100之间通过手臂130连接。
[0038]
该结构在变形增大过程中，三根支柱120对环状件110具有支撑增强作用，环状件110不易产生畸变，从而在大变形情况下该结构仍然具有拉胀效应。同时，通过改变支柱120与手臂130的夹角，可以改变手臂130的弯曲对拉胀效应的影响，从而控制拉胀效应，也就是泊松比值可调。环状件110的尺寸可以改变，也就是改变环状件110的直径，环状件110越靠近中心，增强效果越低，拉胀效应越低，也就是泊松比值越大。
[0039]
参照图5，a和b分别示意了本技术提供的拉胀机构与现有技术中的拉胀结构的应变与泊松比的关系图。
[0040]
a示意的拉胀结构在受力变形过程中，环状件110不会发生畸变，从而可以在大变形下仍然保持拉胀效应。结构同等比例大小下，b示意的拉胀结构在应变为0.2左右泊松比值逐渐增大，这表明它的拉胀效应在逐渐降低；而a示意的拉胀结构在应变为0.6左右泊松比值才开始逐步增大。这表明：a示意的拉胀结构能在大变形下保持较好的拉胀性能，也就是本技术提供的拉胀结构能够在大变形下保持较好的拉胀性能。
[0041]
继续参照图1，本实施例中，三根支柱120的长度相等，三根手臂130的长度相等。在其他实施例中，三根支柱120的长度可以不等，三根手臂130的长度也可以不等，拉胀性能也会不同。
[0042]
继续参照图1，本实施例中，任意相邻的两个支柱120之间的夹角相等。具体地，任意相邻的两个支柱120之间的夹角为120
°
。三根支柱120将环状件110沿周向均分，有助于提高拉胀性能。
[0043]
继续参照图1，本实施例中，任意两个支柱120与手臂130之间的夹角相等。通过调节支柱120与手臂130的夹角，可以达到调节泊松比的目的。
[0044]
本实施例中，支柱120与手臂130之间的夹角为钝角。在其他实施例中，支柱120与手臂130之间的夹角也可以为直角。具体地，本实施例中，支柱120与手臂130之间的夹角是指图1中的夹角w。
[0045]
具体地，支柱120与手臂130之间的夹角范围为60
°‑
120
°
。例如70
°
、80
°
、90
°
、100
°
。
[0046]
再次参照图1，本实施例中，环状件110包括依次连接围成三角形结构的三根连接柱111；支柱120与连接柱111连接。
[0047]
具体地，支柱120与连接柱111在相邻的两个连接柱111的连接位置处连接。也就是，相邻的两个支柱120通过一根连接柱111连接。有助于提高环状件110的拉胀效应。本实施例中，三根连接柱111围成等边三角形。
[0048]
参照图3，本实施例中，环状件110为圆环，三根支柱120分别与圆环连接。参照图4，环状件110采用圆环，多个基础单元100呈环形分布，相邻的两个基础单元100手性对称分布。
[0049]
参照图2以及图4，本实施例中，多个基础单元100包括多个环形组；每个环形组中的多个基础单元100环形分布，每个环形组中相邻的两个基础单元100呈手性对称分布，且手臂130连接。
[0050]“手性”是指一个物体不能与其镜像相重合。如我们的双手，左手与互成镜像的右手不重合。本实施例中，环形分布的多个基础单元100，任意相邻的两个基础单元100都呈手性对称分布。
[0051]
具体地，参照图2，环形组包括六个基础单元100，六个基础单元100环形分布，且呈手性对称对称分布。
[0052]
具体地，参照图2，直线c两侧的基础单元100相对直线c对称设置。直线d两侧的基础单元100相对直线d对称设置。
[0053]
本实施例提供的一种具有负泊松比的三节点拉胀结构10至少具有以下优点：
[0054]
该结构中，三根支柱120呈类似“y”字形分布。在变形过程中，三根支柱120对环状件110具有支撑增强作用，有助于保证该结构在大变形量下依然具有拉胀效应。
[0055]
支柱120与手臂130的夹角可调。环状件110的大小可调。可调泊松比。
[0056]
任意两个基础单元100呈手性对称分布，这样有助于提高该结构的拉胀效应。
[0057]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。