[发明专利]一种具有多重负泊松比效应的多功能紧固件及其设计方法

权利要求书

1.一种具有多重负泊松比效应的多功能紧固件，其特征在于：包括紧固件顶部、紧固件圆管部分和紧固件尾部；

所述紧固件顶部为若干个均匀分布的负泊松比弧形内凹结构；每个弧形的内凹角最外侧距中和轴的距离为D₃，圆管部分外径为D₂，每个弧形的内凹角最外侧距圆管外侧的距离为(D₃-D₂)/2，它与圆管部分外径的关系满足：D₂/20≤(D₃-D₂)/2≤D₂/8，且2mm≤(D₃-D₂)/2；每个弧形内凹角θ的范围为50°～70°；

所述紧固件顶部弧形内凹杆件个数N₁满足：9≤N₁≤25；

所述紧固件圆管部分由负泊松比的外部圆管及负泊松比的支撑结构组合形成，所述外部圆管沿圆周方向负泊松比单元个数N₂应满足：N₂≥6且N₂为偶数；

所述外部圆管沿圆周方向负泊松比单元个数N₂与支撑结构中相邻单元夹角α之间的关系满足：α＝360°/N₂；

所述外部圆管和支撑结构的厚度D₂/2-R₁应满足：D₂/16≤D₂/2-R₁≤D₂/8，R₁为圆管部分内径；

所述紧固件顶部长度L₁及紧固件圆管部分长度L₂之间的关系满足：0.8≤L₂/L₁≤2.5；

所述紧固件尾部的功能部分直径D₁与紧固件圆管部分外径D₂的关系满足：1.1≤D₁/D₂；

所述紧固件尾部的功能部分直径D₁与紧固件尾部的功能部分长度L₃的关系满足：3.5≤D₁/L₃≤10.3。

2.根据权利要求1所述一种具有多重负泊松比效应的多功能紧固件，其特征在于：所述外部圆管和支撑结构的负泊松比结构为内凹六边形、内凹三角形、手性结构或旋转多边形结构。

3.根据权利要求1所述一种具有多重负泊松比效应的多功能紧固件，其特征在于：所述紧固件尾部的功能部分设计为圆盘、圆勾形状、卡口形状或凹槽形状。

4.根据权利要求1、2或3一种具有多重负泊松比效应的多功能紧固件的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据紧固件的用途及推入孔洞的大小确定紧固件顶部的基本尺寸，包括紧固件顶部的内凹角度、内凹结构分布数量和角度；

2)按照使用要求设计紧固件圆管部分长度及圆管外径；

3)根据已确定的尺寸对紧固件顶部、紧固件圆管部分进行细部尺寸组合设计和优化，以保证紧固件的变形特性、负泊松比特性以及足够的强度；

4)然后根据紧固件的使用需求设计紧固件尾部的功能部分；

5)采用3D打印技术制作出具有多重负泊松比效应的紧固件。