[发明专利]一种超大变形的手性压扭结构

说明书

本发明属于超材料技术领域，具体为一种超大变形的手性压扭超结构。本发明手性压扭超结构由若干胞元堆叠而成；每个胞元是由六个相同结构的面内梁组合形成的空间立方体；每个面内梁是由四根直梁、四根弯梁组合而成的四角为弧形过渡的镂空正方形；其中，四根弯梁的一端固定于一中心圆孔处、且梁体相外等间距仿射布置、梁的弯曲方向一致，四根弯梁的另一端位于一正方形端点处；四根直梁的一端分别与四根弯梁的外端部连接，另一端分别与四根弯梁的弧形相切连接，使正方形的四个角为弧形。本发明结构受压能产生大幅度、稳定的扭转变形，且扭转方向可通过手性方向调整。可用建筑设计、机械结构等行业。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，具体涉及一种手性压扭结构。

背景技术

机械超材料（超结构）是指通过人为设计制造材料的周期性空间结构，使其具有超常的力学特性，例如受压扭转、负泊松比和零膨胀等特殊的力学性能。这种特性不仅取决于材料本身的性质，更主要依赖于人工设计的周期性微结构。超材料的出现使得人类能够设计和制造更加符合工业需求的材料。

本发明提出一种轴向受压后产生超大扭转变形的力学超结构。

发明内容

本发明的目的在于提出一种轴向受压后产生稳定、超大扭转变形的手性压扭结构。

本发明提出的手性压扭超结构，在受压时会发生稳定且显著的扭转变形。由若干胞元堆叠而成；每个胞元是由六个相同结构的面内梁组合成的空间立方体，如图3所示；每个面内梁是由四根直梁、四根弯梁组合而成的四角为弧形过渡的搂空正方形，四根弯梁的一端固定于一中心圆孔处、且梁体相外等间距仿射布置、梁的弯曲方向一致，四根弯梁的一端位于一正方形端点处；四根直梁的一端分别与四根弯梁的外端连接，另一端分别与四根弯梁的弧形相切连接，使正方形的四个角为弧形，面内梁结构如图1所示。

制备方式可以采用3D打印增材制造的方式，也可采用铸造、焊接和切削等方式实现。

制备材料要求有较好的弹性和韧性，比如TPU。

例如，采用3D打印增材制造的方式将图纸打印，采用水溶性支撑。打印完成后浸入水中，去除支撑材料后晾干，施加压力即可实现轴向受压扭转。

本发明的优势如下：

1、本发明的结构，受压能产生大幅度、稳定的扭转现象，且扭转方向可通过手性方向调整；

2、扭转角度灵活可控，如通过增减层数即可快速准确调控；

3、调整最大压扭角度手段丰富，如可从梁粗细和横向堆叠个数来调控。

相比现存的压扭超结构，本发明提出的手性压扭结构能够产生更大幅度的稳定扭转变形，可适用于更加广泛的工业应用场景，例如：建筑设计、机械结构等行业。

附图说明

图1为面内结构示意图。

图2为面内结构三视图。

图3为胞元结构示意图。

图4为胞元三视图。

图5为1×1×2堆叠示意图。

图6为1×1×2堆叠三视图。

图7为4×4×8堆叠示意图。

图8为4×4×8堆叠三视图。

图9为实施例1 中1×1×2堆叠受压初始示意图。

图10为实施例1中1×1×2堆叠受压扭转示意图。

图11为实施例2中4×4×8堆叠受压初始斜视图。

图12为实施例2中4×4×8堆叠受压扭转斜视图。

图13为实施例2中4×4×8堆叠受压初始前视图。