[发明专利]基于等比例坐标变换的应力控制器件与方法

说明书

本发明公开了一种基于等比例坐标变换的应力控制器件与方法，应力控制器件包括基体，基体具有多个阵列分布且彼此连接形成为二维网格结构的结构单元，结构单元形成为具有多个连接体的正多边形，相邻两个连接体相连形成有连接节点且相邻两个结构单元的相邻两个连接体共用一个，位于基体的中部的结构单元发生变形以使基体分为：基础结构区域、中心孔洞区域和坐标变换区域。根据本发明实施例的应力控制器件，通过坐标变换改变连接节点位置、然后将连接体的长度和连接体的其他参数等比例地改变的方式，可以实现控制整体结构中的应力分布，从而减小中心孔洞区域存在而引起的应力集中问题，且结构简单，参数容易计算，便于进行结构设计。

技术领域

本发明涉及力学技术领域，更具体地，涉及一种基于等比例坐标变换的应力控制器件与方法。

背景技术

人工结构目前已经能够实现在力学、电磁学、热学、声学等领域的特殊性能材料，达到前所未有的奇特性质。其中，在力学方面，通过人工结构设计，可以制造特异泊松比结构、超轻结构、冲击吸收结构等具有传统材料所不能实现的性能的结构。然而，要控制结构的应力分布以方便工程设计，则必须面对复杂且难以设计的四阶弹性张量C，只能以各向各向同性或简单的各向异性材料为基础进行结构设计。近年来，一种包含双梯形或双圆台的二维或三维结构被提出，其具有极高的体积弹性模量与剪切模量的比，这一类似液体的结构参数具有较为重要的设计意义。

对于一种网格结构，当其包含远大于网格晶格常数的中心孔洞区域时，在受力情形下将产生较为严重的应力集中，将容易产生拉断或压溃，这对于结构承载非常不利。如能在一定程度削弱中心孔洞区域对结构整体受力的影响，则能够拓展此类网格结构的应用范围。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于等比例坐标变换的应力控制器件，所述应力控制器件通过连接体结构参数的变换可以削减中心孔洞区域对于网格结构应力集中的影响。

本发明还提出了一种基于等比例坐标变换的应力控制方法。

根据本发明实施例的基于等比例坐标变换的应力控制器件，所述应力控制器件包括基体，所述基体具有多个阵列分布且彼此连接形成为二维网格结构的结构单元，所述结构单元形成为具有多个连接体的正多边形，相邻两个所述连接体相连形成有连接节点且相邻两个所述结构单元的相邻两个连接体共用一个，位于所述基体的中部的结构单元发生变形以使所述基体变化为：位于外侧的基础结构区域，所述基础结构区域的所述结构单元未变形；位于内侧的中心孔洞区域，所述中心孔洞区域由处于所述基体的中部的所述结构单元各边等比例向外扩展后限定出；坐标变换区域，所述坐标变换区域位于所述基础结构区域和所述中心孔洞区域之间，所述坐标变换区域具有沿所述中心孔洞区域的径向分布的多个，所述坐标变换单元的每个所述结构单元沿所述中心孔洞区域的径向向外平移并压缩，且使沿所述中心孔洞区域的周向延伸的连接体拉伸，其中，拉伸前后的每个所述连接节点与距离所述中心孔洞区域的中心的距离分别为r和r′，拉伸前后的每个所述连接体相对于所述中心孔洞区域的中心的圆心角分别为θ和θ′，拉伸前后的每个所述连接体的长度分别为L和L′,拉伸前后的每个所述连接体的最大宽度分别为W和W′，所述中心孔洞区域的半径为R₁，所述坐标变换区域的半径为R₂，各参数拉伸前后的关系如公式所示，

根据本发明实施例的基于等比例坐标变换的应力控制器件，通过坐标变换改变连接节点位置、然后将连接体的长度和连接体的其他参数等比例地改变的方式，可以实现控制整体结构中的应力分布，从而减小中心孔洞区域存在而引起的应力集中问题。

另外，根据本发明上述实施例的基于等比例坐标变换的应力控制器件，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明实施例的基于等比例坐标变换的应力控制器件，拉伸前后的所述连接节点的宽度不变。由此，通过控制一部分变量，可以简化参数的计算，利于进行结构设计。