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专利号: 2023105038979
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,包括第一主板(1)、第二主板(2)、第一连接件(4)和两件第三主板(3);所述第一主板(1)和第二主板(2)互相平行,第一主板(1)和第二主板(2)交替放置,且通过第一连接件(4)榫接连接;所述第三主板(3)作为三维负泊松比超材料结构的最外侧层,通过第一连接件(4)榫接固定于内侧层;所述内侧层为第一主板(1)或第二主板(2);

所述第一主板(1)和第二主板(2)均由第一单胞结构(6)阵列排布构成,且第一主板(1)和第二主板(2)上的第一单胞结构(6)呈错位排布;所述第三主板(3)由第二单胞结构(7)阵列排布构成;

所述第一单胞结构(6)和第二单胞结构(7)均为一个中空的内凹六边形结构和两个楔块构成的整体;所述内凹六边形结构呈左右对称的燕尾形状,外侧两条等长边为支撑胞臂,内侧四条等长斜边为第一弯曲肋;所述第一单胞结构(6)中的每条支撑胞臂的内侧设有呈等腰梯形的楔块,所述楔块上开设用于榫接的卡槽;所述第二单胞结构(7)中的一侧支撑胞臂内侧开设有用于榫接的卡槽;所述卡槽的宽度SL与第一主板(1)、第二主板(2)、第三主板(3)和第一连接件(4)的材料厚度b均相等;所述卡槽的高度Sh小于楔块的高度h;

所述第一连接件(4)的两侧分别设置与第一主板(1)和第二主板(2)上第一单胞结构(6)中卡槽一一对应的凸起;所述第一连接件(4)的两侧的凸起通过第二弯曲肋连接。

2.根据权利要求1所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述三维负泊松比超材料结构还包括材料厚度为b的第二连接件(5);所述第三主板(3)底侧第二单胞结构(7)的支撑胞臂开设有与第二连接件(5)配合的卡槽;所述第二连接件(5)两侧分别设置与第三主板(3)上的第二单胞结构(7)以及第一主板(1)或第二主板(2)上的第一单胞结构(6)中卡槽一一对应的凸起。

3.根据权利要求2所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述支撑胞臂与第一弯曲肋之间的长度关系满足公式:其中支撑胞臂与第一弯曲肋之间的夹角为θ,外侧两条支撑胞臂

之间的距离为H,位于同一条支撑胞臂上的两条第一弯曲肋的中点距离为L。

4.根据权利要求3所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述支撑胞臂与第一弯曲肋之间的夹角θ的范围为40°~60°。

5.根据权利要求3所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述第二弯曲肋的倾斜角度范围为40°~60°。

6.根据权利要求3所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述第一单胞结构(6)和第二单胞结构(7)中第一弯曲肋的宽度t的范围为1.5~2.2mm,材料厚度b为宽度t的1.5~3倍。

7.根据权利要求3所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述楔块的腰长Lx等于第一弯曲肋内侧长度Ly。

8.根据权利要求3所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述第一主板(1)、第二主板(2)、第三主板(3)、第一连接件(4)和第二连接件(5)材料为铝或低碳钢。

9.根据权利要求3所述的装配式三维负泊松比超材料结构,其特征在于,所述第一主板(1)、第二主板(2)、第三主板(3)、第一连接件(4)和第二连接件(5)材料为304不锈钢。

10.一种根据权利要求2~9任一所述三维负泊松比超材料结构的装配方法,其特征在于,具体如下:

S1:根据待装配的三维负泊松比超材料结构的尺寸,确定第一主板(1)、第二主板(2)、第三主板(3)、第一连接件(4)和第二连接件(5)的尺寸参数和数量;

S2:通过激光加工技术制备第一主板(1)、第二主板(2)、第一连接件(4)、第二连接件(5)和第三主板(3);

S3:将所述第一主板(1)和第二主板(2)交替放置,第一主板(1)和第二主板(2)之间通过第一连接件(4)榫接连接;所述第三主板(3)作为三维负泊松比超材料结构的最外侧层,通过第一连接件(4)与内侧层榫接固定连接;所述内侧层为第一主板(1)或第二主板(2);所述第三主板(3)底侧第二单胞结构(7)的支撑胞臂上开设卡槽处通过第二连接板(5)与内侧层榫接连接,其余卡槽处通过第一连接板(2)与内侧层榫接连接,完成三维负泊松比超材料结构装配。