[发明专利]基于星型结构的三维零泊松比细观结构及其宏观结构

说明书

本发明公开了一种基于星型结构的三维零泊松比细观结构，包括水平单元，包括相互平行布置的一对大小与结构都相同的水平四角星形单元；垂直单元，包括相互平行布置的一对大小与结构都相同的垂直四角星形单元，所述垂直四角星形单元在星形尖端处与所述水平四角星形单元的尖端处连接，所述垂直四角星形单元和与之连接的所述水平四角星形单元相互垂直，并公开了具有基于星型结构的三维零泊松比细观结构的宏观结构，具有三维结构，且三个主轴方向上均具备零泊松比效应，结构简单，便于制备，应用范围更加广阔。

技术领域

本发明涉及超材料领域，特别涉及一种基于星型结构的三维零泊松比细观结构及其宏观结构。

背景技术

“超材料”根据一般文献给出的定义为：一类具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或材料。拉胀超材料作为超材料的一个分支，其主要的一个超常物理性质是具备超常泊松比效应。所谓超常泊松比，包括了负泊松比和零泊松比。根据泊松比的计算公式：

其中，εx表示材料的横向应变，εy表示材料的纵向应变；

当泊松比为负值时，表示该材料在受拉(或受压)下，垂直荷载方向的应变与平行荷载方向的应变的正负号一致，即它的各个方向均在膨胀(或收缩)。当泊松比为零时，表示该材料在受拉(或受压)下，垂直荷载方向的应变一直为零，即它的各个方向均没有变形。

对于零泊松比超材料，目前国内外的文献多见为以二维平面结构为基础，通过在Z方向(即高度方向)进行拉伸从而拓展而成的“伪”三维结构，这种超材料的模型本质上仍可认为是二维结构。而真正三维结构的零泊松比超材料目前并不多见。

目前零泊松比超材料普遍存在的问题：

(1)细观结构复杂，制备上存在一定的困难；

(2)部分零泊松比超材料仍是二维结构；

(3)二维结构的零泊松比超材料通常只有一个方向存在零泊松比效应。

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星型结构的三维零泊松比细观结构，具有三维结构，且三个主轴方向上均具备零泊松比效应，结构简单，便于制备，应用范围更加广阔。

本发明还提出一种具有上述基于星型结构的三维零泊松比细观结构的宏观结构。

根据本发明的第一方面实施例的基于星型结构的三维零泊松比细观结构，包括水平单元，包括相互平行布置的一对大小与结构都相同的水平四角星形单元；垂直单元，包括相互平行布置的一对大小与结构都相同的垂直四角星形单元，所述垂直四角星形单元在星形尖端处与所述水平四角星形单元的尖端处连接，所述垂直四角星形单元和与之连接的所述水平四角星形单元相互垂直。

根据本发明实施例的基于星型结构的三维零泊松比细观结构，至少具有如下有益效果：具有三维结构，且三个主轴方向上均具备零泊松比效应，结构简单，便于制备，应用范围更加广阔。

根据本发明的一些实施例，所述水平四角星形单元和所述垂直四角星形单元内部皆设置有十字增强细杆，所述十字增强细杆连接所述水平四角星形单元或所述垂直四角星形单元自身内部的星形内凹处，十字增强细杆顶住星形内凹出，增加星型结构抗压性，可增强了细观结构的刚度。

根据本发明的一些实施例，所述水平四角星形单元和所述垂直四角星形单元内部皆设置有X型增强细杆，所述X型增强细杆连接所述水平四角星形单元或所述垂直四角星形单元自身内部的星形尖端处，X型增强细杆增强了星型结构尖端连接处的刚度，对提升整体刚度起到一定的作用。

根据本发明的一些实施例，所述水平四角星形单元和所述垂直四角星形单元外部设置有外部增强细杆，所述外部增强细杆在所述水平四角星形单元或所述垂直四角星形单元外部连接同一星形单元的星形尖端处，从外部增强了结构的整体刚度。