[发明专利]一种具有负泊松比效应的子弹头及其设计方法

说明书

本发明公开了一种具有负泊松比效应的子弹头及其设计方法，包括具有负泊松比设计的子弹头圆柱段，以及具有匹配设计的子弹头椎尾和子弹头弹尖；所述子弹头圆柱段为具有周期性横竖交替的孔洞的管状结构；所述管状结构包括若干孔洞，一个孔洞的中轴线轴垂直于相邻另一个孔洞的中轴线，即每个孔洞的轴线与相邻孔洞结构正交，行和列的孔洞周期性排列行成管状结构，此管状结构便为具有负泊松比效应的管状结构。本发明方法设计出的子弹头具有较大的负泊松比效应，具有减少弹头与枪管之间摩擦所损耗能量的特点，使子弹的初速度更高，穿透力更强，并且极大地提高了枪管的使用寿命，更好的适应了实际需求。

技术领域

本发明涉及负泊松比效应设计的技术领域，尤其涉及到一种具有负泊松比效应的子弹头及其设计方法。

背景技术

子弹可以说是集物理学、化学、材料学、空气动力学以及工艺于一身的文明产物。尽管其使用与杀戮有关，但是在采用新的投射能量的技术问世之前，子弹仍然是人类的不二选择。怎样提升子弹的穿透性以及降低出膛时的能量损耗一直是研究的热门课题，负泊松比材料和结构由于其独特的特性越来越多地使用在不同的领域。负泊松比管状结构已经被制造和研究，一种简单的管状结构，在压缩和张力两个方面都表现出了负泊松比行为。将子弹与负泊松比管状结构相结合是设计出一种新型子弹的有一种设计思路。

研负泊松比材料的发展已有三十多年，取得了不少成果。但是，大多数现有文献仍然还是基于二维的负泊松比材料研究。三维负泊松比材料多为内部构造复杂的多孔结构，由于过去制造技术的落后，真正运用于实际的三维负泊松比材料很少。3D打印技术，亦被称为增材制造技术，它的出现很好的解决了这个问题，此项技术也被认为是第三次工业革命的标志。利用这一新技术，可以打印形状复杂的三维负泊松比材料和结构。

设计和制造的负泊松比材料基材大多为橡胶，承载能力和抗冲击能力较弱。金属超材料力学性能一般都强于弹性体超材料。将具有更好力学性能的三维金属负泊松比材料和先进的3D打印技术相结合生产出具有实际应用价值的负泊松比产品，具有现实意义。负泊松比弹药是将金属负泊松比材料应用于实际的一条思路，根据负泊松比拉胀压缩的特性，发明人提出负泊松比子弹头的设想。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，将结构优化和3D打印技术相结合，设计和制造了具实用性的负泊松比子弹头，并提出了具体设计方法，设计的子弹头具有减少弹头与枪管之间摩擦所损耗能量的特点。

本发明采用的技术方案为：一种具有负泊松比效应的子弹头，包括具有负泊松比设计的子弹头圆柱段，以及具有匹配设计的子弹头椎尾和子弹头弹尖；

所述子弹头圆柱段为具有周期性横竖交替的孔洞的管状结构；

所述管状结构包括若干孔洞，一个孔洞的中轴线轴垂直于相邻另一个孔洞的中轴线，孔洞被安排在一个数组的行和列，每一行和每一列的交替之间为两个相互垂直的孔洞，即每个孔洞的轴线与相邻孔洞结构正交，行和列的孔洞周期性排列行成管状结构，此管状结构便为具有负泊松比效应的管状结构；

所述子弹头弹尖的长度M与子弹头直径D的关系满足：3.08>M/D>2.23；

所述子弹头的总长度H与子弹头直径D的关系满足：5.4>H/D>3.28；

所述子弹头直径D与子弹头椎尾外壳厚度N的关系满足：3>D/N>1.5；

所述子弹头圆柱段长度L与子弹头圆柱段圆管厚度T的关系满足：L/T＞0.05。

作为优选，所述孔洞包括椭圆形、三角形和多边形。

上述一种具有负泊松比效应的子弹头的设计方法，包括以下步骤：

1)根据子弹头的用途确定子弹头各组成部分的形状和尺寸，包括子弹头总长、子弹头圆柱段的长度，子弹头弹尖长度，子弹头椎尾的长度以及子弹头的直径；