一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构

1.本实用新型涉及负泊松结构技术领域，尤其是涉及一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构。

背景技术：

2.负泊松比材料或结构相比于正泊松比材料或结构具有更好的抗冲击性能和吸能性能，将负泊松比材料或蜂窝结构应用到汽车吸能盒上面，会大大提高汽车在事故中的安全性能。目前经典的三维负泊松比结构有手型结构、星型结构、内凹六边型结构、箭头型等，以上负泊松比的设计结构刚度较低，并且只是受拉伸时，材料在弹性范围内横向发生膨胀，而受压缩时，材料在弹性范围内横向发生收缩，吸能效果相对差，并不能通过扭转的方式实现吸能，目前对于扭转的负泊松比设计尤为缺乏。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，提高结构刚度和吸能效果。
4.本实用新型提供一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，包括沿高度方向依次设置的若干个内凹结构体，所述内凹结构体的四周设有与所述内凹结构体凹陷处对应的极小曲面体，所述极小曲面体通过扭转杆与所述内凹结构体的凹陷处固定连接。
5.进一步的，所述内凹结构体包括两条交叉设置的顶杆和两条交叉设置的底杆，相互平行的顶杆和底杆之间通过倾斜立杆连接。
6.进一步的，相邻的上下两个所述内凹结构体之间，位于顶端的所述内凹结构体的底杆与位于底端的所述内凹结构体的顶杆重合。
7.进一步的，所述内凹结构体中两个所述顶杆的夹角和两个所述底杆的夹角均为90
°
。
8.进一步的，所述倾斜立杆包括向内侧倾斜的第一斜杆和第二斜杆，所述第一斜杆和所述第二斜杆互成夹角。
9.进一步的，所述第一斜杆和所述第二斜杆的长度相同。
10.进一步的，每个所述极小曲面体均包括沿高度方向依次收尾相接的若干个回转体，所述回转体包括交叉设置的竖曲线杆和横曲线杆，相邻的两个所述回转体之间依次通过所述竖曲线杆首尾相接。
11.进一步的，所述扭转杆的一端与所述第一斜杆和所述第二斜杆的交汇处固定连接，所述扭转杆另一端与上下两个相邻的所述竖曲线杆的交汇处固定连接。
12.进一步的，所述内凹结构体为沙漏型结构。
13.进一步的，所述回转体的高度与所述内凹结构体的高度相同。
14.本实用新型的技术方案相对于现有技术的有益效果是：该结构受载后，内凹结构体向内收缩，通过扭转杆连接的极小曲面体绕内凹结构体结构竖直中心线扭转，使得整个
结构在向内紧缩的同时并旋转，增加了结构的刚度和吸能效果。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。
16.图1为本实用新型的整体结构示意图；
17.图2为本实用新型的扭转状态示意图；
18.图3为本实用新型中内凹结构体的整体结构示意图；
19.图4为本实用新型回转体的整体结构示意图；
20.附图标记说明：1-内凹结构体、101-顶杆、102-底杆、103-第一斜杆、104-第二斜杆、2-回转体、201-竖曲线杆、202-横曲线杆、3-扭转杆。
具体实施方式
21.下面将结合实施例对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，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。
23.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.实施例1
25.如图1-图4所示，一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，包括沿高度方向依次设置的若干个内凹结构体1，内凹结构体1的四周设有与内凹结构体1凹陷处对应的极小曲面体，极小曲面体通过扭转杆3与内凹结构体1的凹陷处固定连接。
26.其中：内凹结构体1包括两条交叉设置的顶杆101和两条交叉设置的底杆102，内凹结构体1中两个顶杆101的夹角和两个底杆102的夹角均为90
°
；相互平行的顶杆101和底杆102之间通过倾斜立杆连接。倾斜立杆包括向内侧倾斜的第一斜杆103和第二斜杆104，第一斜杆103和第二斜杆104互成夹角，并且第一斜杆103和第二斜杆104的长度相同。使内凹结
构体1形成沙漏型结构。
27.相邻的上下两个内凹结构体1之间，位于顶端的内凹结构体1的底杆102与位于底端的内凹结构体1的顶杆101重合，即：位于顶端的内凹结构体1的底杆102即是位于底端的内凹结构体1的顶杆101。
28.每个极小曲面体均包括沿高度方向依次首尾相接的若干个回转体2，回转体2包括交叉设置的竖曲线杆201和横曲线杆202，相邻的两个回转体2之间依次通过竖曲线杆201首尾相接。扭转杆3的一端与第一斜杆103和第二斜杆104的交汇处固定连接，扭转杆3另一端与上下两个相邻的竖曲线杆201的交汇处固定连接。
29.回转体2的高度与内凹结构体1的高度相同，使竖曲线杆201的上下两端能同时与上下两个相邻的扭转杆3固定连接。
30.具体的：由极小曲面公式设计的边界条件生成的极小曲面体，极小曲面体的边界曲线为(1-4)曲线，但不局限于曲线(1-4)还可以是通过曲线(1-6)和曲线(1-8)得到的极小曲面体；(1-2)为极小曲面体边界的中心曲线，将曲线(1-2)沿竖直方向平移h得到曲线(1-4)，然后绕原点进行90
°
的阵列，得到极小曲面体边界，然后将边界曲线(1-4)沿厚度方向拉伸，得到极小曲面体。同理，通过曲线(1-6)和曲线(1-8)同样能得到极小曲面体边界。极小曲面体的水平长度1/w(一个周期)，极小曲面体边界宽度为2h。极小曲面体边界曲线的公式如下：其中g表示三角函数的振幅，g为任意数；h为极小曲面体边界宽度的一半；w为三角函数的角频率，其取值范围为(0，+∞)，*表示乘。
31.f(x,y,z)＝sin x cos y+sin y cos z+sin z cos x
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(1-1)
32.令令
33.y＝-g*arc tan(sin(w*x))
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(1-4)
34.同理可得：y＝-g*arc sin(tan(w*z))
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(1-5)
35.y＝-g*arc sin(tan(w*z))
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(1-6)
36.z＝-g*arc sin(tan(w*x))
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(1-7)
37.z＝-g*arc sin(tan(w*x))
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(1-8)
38.工作原理：
39.该结构受载后，内凹结构体1向内收缩，通过扭转杆3连接的极小曲面体绕内凹结构体1结构竖直中心线扭转，同时带动内凹结构体1旋转，使得整个结构在向内紧缩的同时并旋转，增加了结构的刚度和吸能效果。
40.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，包括沿高度方向依次设置的若干个内凹结构体，所述内凹结构体的四周设有与所述内凹结构体凹陷处对应的极小曲面体，所述极小曲面体通过扭转杆与所述内凹结构体的凹陷处固定连接。2.根据权利要求1所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述内凹结构体包括两条交叉设置的顶杆和两条交叉设置的底杆，相互平行的顶杆和底杆之间通过倾斜立杆连接。3.根据权利要求2所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，相邻的上下两个所述内凹结构体之间，位于顶端的所述内凹结构体的底杆与位于底端的所述内凹结构体的顶杆重合。4.根据权利要求2所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述内凹结构体中两个所述顶杆的夹角和两个所述底杆的夹角均为90
°
。5.根据权利要求2所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述倾斜立杆包括向内侧倾斜的第一斜杆和第二斜杆，所述第一斜杆和所述第二斜杆互成夹角。6.根据权利要求5所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述第一斜杆和所述第二斜杆的长度相同。7.根据权利要求5所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，每个所述极小曲面体均包括沿高度方向依次收尾相接的若干个回转体，所述回转体包括交叉设置的竖曲线杆和横曲线杆，相邻的两个所述回转体之间依次通过所述竖曲线杆首尾相接。8.根据权利要求7所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述扭转杆的一端与所述第一斜杆和所述第二斜杆的交汇处固定连接，所述扭转杆另一端与上下两个相邻的所述竖曲线杆的交汇处固定连接。9.根据权利要求1所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述内凹结构体为沙漏型结构。10.根据权利要求7所述的基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，其特征在于，所述回转体的高度与所述内凹结构体的高度相同。

技术总结

本实用新型提供了一种基于极小曲面的扭转负泊松比晶格结构，包括沿高度方向依次设置的若干个内凹结构体，所述内凹结构体的四周设有与所述内凹结构体凹陷处对应的极小曲面体，所述极小曲面体通过扭转杆与所述内凹结构体的凹陷处固定连接，该结构受载后，内凹结构体向内收缩，通过扭转杆连接的极小曲面体绕内凹结构体结构竖直中心线扭转，使得整个结构在向内紧缩的同时并旋转，增加了结构的刚度和吸能效果。效果。效果。