一種負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件。用于車輛和其他應(yīng)用中的負(fù)泊松比（NPR結(jié)構(gòu)）材料，一般為定義了中軸，長度和橫截面的管狀或其他形狀的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)是由多個巢式的雙V形單元件組成，每個V形單元件包括一對端點A和B來界定寬度，第一對拉伸元件，所述拉伸元件與端點A和B連接并于端點C相交，從而形成第一個V形，第二對支撐元件，所述支撐元件與端點A和B連接并于端點D相交，從而形成第二個V形。多個單元件在第一方向上以一個單元件的端點B與另一個相鄰的單元件的端點A相連接的方式連接，直至形成一個連續(xù)的單元帶。所述單元件進(jìn)一步地在第二個方向上以一個單元件的端點D與另一個相鄰的單元件的端點C相連接的方式連接。在一個實施例中，所述單元件沿軸呈放射性向外疊加從而形成襯套。在第二個實施例，所述單元帶沿著結(jié)構(gòu)縱向疊加從而形成緩沖塊。
【專利說明】一種負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有負(fù)泊松比(NPR)結(jié)構(gòu)部件，尤其是使用該NPR結(jié)構(gòu)部件所制成的襯套、顛簸緩沖塊，(車體和引擎)的懸掛、彈簧、盤簧等裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]泊松比(V),是根據(jù)西莫恩?泊松(Simeon Poisson)命名的，它是指相對收縮應(yīng)變，或者橫向應(yīng)變(與所施加的載荷相垂直)除以相對延長應(yīng)變或軸向應(yīng)變(在施加載荷的方向上)所得的比例的負(fù)值。一些材料具有負(fù)泊松比(NPR結(jié)構(gòu))。如果這種材料在一個方向上被拉伸(或者壓縮)，其在垂直方向上會變粗(或變細(xì))。
[0003]NPR結(jié)構(gòu)在施加載荷的情況下的反應(yīng)是不同的。圖1展示了一種通過拓?fù)鋬?yōu)化過程獲得的反應(yīng)收縮機(jī)制。該結(jié)構(gòu)的特點在于當(dāng)在一個方向上被壓縮時，它會在兩個方向上同時收縮。圖1展示了當(dāng)該結(jié)構(gòu)的頂部承受壓縮載荷時，更多的材料聚集在載荷之下使得結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域變得更剛更強(qiáng)來抵抗載荷。
[0004]圖2展示了具有當(dāng)在一個方向上被壓縮時，會沿所有方向收縮的特征的負(fù)泊松比(NPR)結(jié)構(gòu)。
【發(fā)明者】已經(jīng)研發(fā)了一種非線性有限元方法以及一種多步驟的線性化分析法，用來預(yù)測該材料的非線性行為。對于任何大幅度載荷，考慮到幾何非線性效應(yīng)即可以計算出材料的有效特性，例如楊氏模量、泊松比、材料的密度以及承載效率。
[0005]圖1及圖2中所示的二維結(jié)構(gòu)包括了多個巢式的“V型”單元件，每個單元件包括了一對界定了寬度I的端點A和B，第一對相連直線或彎曲構(gòu)件202，具有恒定或可變的橫截面，連接端點A和B，并在端點C相交，從而形成第一個界定了拉伸材料的V形，第二對直線或彎曲構(gòu)件204，具有恒定或可變的橫截面，連接端點A和B，并在端點D相交，從而形成第二個界定了“支撐骨”材料的V形。之后多個所述單元件連接成行從而形成一個單元帶，其中一個單元件的端點B與另一個相鄰單元件的端點A相連接。多個所述單元件進(jìn)一步地縱向疊加，其中一個單元件的端點D與另一個相鄰單元件的端點C相連接。
[0006]圖3A展示了圖2中具有角度θ 1=60°，Θ 2=120°的結(jié)構(gòu)，圖3B展示了圖2中帶有角度θι=30°，θ2=60°的結(jié)構(gòu)。圖3還展示了預(yù)測的變形后的形狀以及兩個結(jié)構(gòu)的材料有效特性，其中字母V表示有效泊松比而字母E表示有效楊氏模量。在圖3Α和3Β中，虛線表示未變形的形狀，實線表示變形后的形狀。將圖3Α和3Β進(jìn)行對比后可以看出這兩個結(jié)構(gòu)在同樣的載荷條件下的變形形狀是非常不同的。有效泊松比從結(jié)構(gòu)3Α的V =-0.96變成了結(jié)構(gòu)3Β的V =-7.4，而有效楊氏模量從結(jié)構(gòu)3Α的E=L 4e3MPa變成了結(jié)構(gòu)3B的E=2.7e3MPa。這表明第二種結(jié)構(gòu)3B更適用于需要較大的NPR絕對值和較高的楊氏模量的情況。
[0007]圖4展示了對NPR結(jié)構(gòu)施加局部壓力時的情況。虛線表示該結(jié)構(gòu)的原始構(gòu)造，實線則展示了模擬出的變形后的結(jié)構(gòu)。如圖所示，基于負(fù)泊松比的效果，當(dāng)施加力時，四周的材料會集中到局部區(qū)域。因此該材料在局部區(qū)域變得更剛更強(qiáng)。
[0008]由于其獨特的特性，NPR結(jié)構(gòu)材料引起了很大的興趣。當(dāng)沿垂直方向壓縮時，不同于傳統(tǒng)的材料，NPR結(jié)構(gòu)材料可能會收縮。該特性的一個結(jié)果就是，所述材料可以在受壓縮載荷時可將其自身集中來更好地抵御載荷。因此，隨著載荷的幅度增加，NPR結(jié)構(gòu)材料也會變得更硬更強(qiáng)。NPR結(jié)構(gòu)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以增強(qiáng)材料/結(jié)構(gòu)的特性，包括加強(qiáng)耐熱/沖擊性、斷裂韌性、抗壓陷性以及剪切模量。
[0009]在車輛中和其它地方，還有很多其它的能量吸收和/或振動阻尼裝置，包括襯套和緩沖塊。襯套尤其重要因為它們廣泛應(yīng)用于底盤和懸掛系統(tǒng)中。圖5A展示了襯套在車輛懸掛系統(tǒng)中的典型位置，其中，襯套的典型位置由標(biāo)號1、2、3、4、5、6、7、8、9、10標(biāo)出。圖5B展示了襯套在車輛底盤中的典型位置，其中，襯套的典型位置由標(biāo)號51、52、53、54、55、56、57、58、59、510、511、512、513、514、515 標(biāo)出。
[0010]襯套具有諸多優(yōu)點:其將各個部件柔性連接；能夠?qū)Ω哳l沖擊和道路顛簸進(jìn)行隔離；能夠抑制通過襯套傳輸?shù)恼駝幽芰坎⒔档驮胍簟，F(xiàn)有的襯套具有以下缺點:它可能會影響車輛的操控和轉(zhuǎn)向性能，失去曲面控制，前撓度轉(zhuǎn)向，后撓度和扭矩轉(zhuǎn)向，并且可能會影響到動態(tài)模擬的精度。
[0011]現(xiàn)有的大多數(shù)襯套是由橡膠，聚氨酯或尼龍制成，均為非線性粘彈性材料并顯示出與位移相關(guān)的剛度、在恒定載荷下會松弛以及反應(yīng)滯后等缺點。其力-位移關(guān)系是非線性的、與頻率和載荷歷史相關(guān)。橡膠襯套的造價便宜。但在其提供優(yōu)越的隔離效果時，其較大偏移也會影響到操控和轉(zhuǎn)向特性。聚氨酯襯套剛度更大，有較小的偏轉(zhuǎn)并能提供更好的操控和轉(zhuǎn)向性能。然而聚氨酯襯套很難吸收旋轉(zhuǎn)剪切的能量。尼龍襯套和軸襯相對便宜，但需要將套筒加工成最緊的限度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明目的在于通過使用負(fù)泊松比(NPR)結(jié)構(gòu)來改進(jìn)用于車輛和其他結(jié)構(gòu)中的多種部件。所述部件包括但不限于汽車上的襯套，懸掛及緩沖塊。NPR結(jié)構(gòu)替代品具有諸多的潛在優(yōu)勢，包括重量更輕，提高了載荷剛度和車輛動力學(xué)，以及具有更穩(wěn)定和更易預(yù)測的特性。NPR結(jié)構(gòu)材料所制成的部件可以實現(xiàn)以功能為導(dǎo)向的設(shè)計，即可以定制其特性來提供更好的非線性響應(yīng)特性；例如，在不同的軸或方向上提供不同的動態(tài)特性。
[0013]本發(fā)明中的NPR結(jié)構(gòu)部件一般假定為管狀結(jié)構(gòu)，具有相應(yīng)的中軸、長度和截面。所述結(jié)構(gòu)是由多個巢式的雙V形單元件組成，每個V形單元件包括一對端點A和B來界定寬度，第一對拉伸元件與端點A和B連接并于端點C相交，從而形成第一個V形，第二對支撐元件與端點A和B連接并于端點D相交，從而形成第二個V形。多個單元件在第一方向上以一個單元件的端點B與另一個相鄰的單元件的端點A相連接的方式連接,直至形成一個連續(xù)的單元帶。所述單元件進(jìn)一步地在第二個方向上以一個單元件的端點D與另一個相鄰的單元件的端點C相連接的方式連接。在第一個實施例中，所述單元帶沿軸呈放射性向外疊加從而形成襯套。在第二個實施例，所述單元帶沿著結(jié)構(gòu)縱向疊加從而形成緩沖塊。
[0014]所述拉伸元件和/或支撐元件，可以為直的或彎曲的，其中一個元件或兩個元件可以具有恒定或可變的橫截面。所述拉伸元件和支撐元件可由同樣或不同的材料組成。所述拉伸元件可以比所述支撐元件更加柔軟，并可以形成一個或多個連續(xù)的片材的一部分。如果所述拉伸元件和支撐元件由同一材料組成，所述NPR結(jié)構(gòu)部件可通過鑄造或擠壓成型。
[0015]多個巢式雙V單元件可以作為襯套的一部分連接到共軸圓柱形套筒的內(nèi)表面或外表面。例如，在襯套和顛簸緩沖塊結(jié)構(gòu)中，多個巢式雙V單元件被連接到杯狀容器的內(nèi)表面。所述NPR結(jié)構(gòu)部件的橫截面可以是圓形或具有偶數(shù)邊的多邊形。
[0016]在一條單元帶中的單元件的數(shù)量被定義為周期數(shù)，所述周期數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行改變。在一條單元帶中的單元件會界定出高度，不同單元帶之間的高度可以是相同的也可以是不同的。在至少一些單元件中的第一或第二V形的角度可能不同。所述支撐元件、拉伸元件或兩者可以由金屬、陶瓷、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、聚合物基體材料或塑料制成。一些實施例中在支撐元件和拉伸元件之間可能包括泡沫或其他填充材料。此外，所述單元件的V形底部可以為平面或形成一個U形。甚至在特殊情況下，所述V形結(jié)構(gòu)可以退化成一條直線，曲線或者倒V形結(jié)構(gòu)。
[0017]本申請還包括了利用該NPR結(jié)構(gòu)部件所制成的襯套、緩沖塊、懸掛、彈簧、盤簧等
>J-U ρ?α裝直。
[0018]一種負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，包括:
[0019]管狀或其他形狀的結(jié)構(gòu)，具有相應(yīng)的軸、長度和截面；所述結(jié)構(gòu)由多個巢式的雙V形單元件組成,每個所述單元件包括一對端點A和B來界定寬度,第一對拉伸元件與端點A和B連接并于端點C相交，從而形成第一個V形，第二對支撐元件與端點A和B連接并于端點D相交，從而形成第二個V形；
[0020]所述單元件在第一方向上以一個單元件的端點B與另一個相鄰的單元件的端點A相連接的方式連接，直至形成一個連續(xù)的單元帶；
[0021]所述單元件進(jìn)一步 地在第二個方向上以一個單元件的端點D與另一個相鄰的單元件的端點C相連接的方式連接；其中，所述單元帶沿軸呈放射性向外疊加形成襯套；或者所述單元帶沿所述結(jié)構(gòu)縱向疊加形成顛簸緩沖塊。
[0022]本發(fā)明還具有以下附屬特征:
[0023]所述拉伸元件為直的或彎曲的。
[0024]所述拉伸元件具有恒定或可變的橫截面。
[0025]所述支撐元件為直的或彎曲的。
[0026]所述支撐元件具有恒定或可變的橫截面。
[0027]所述拉伸元件和所述支撐元件由不同或相同的材料制成。
[0028]所述拉伸元件和所述支撐元件由不同或相同的材料組成，所述拉伸元件比所述支撐元件要柔軟。
[0029]所述拉伸元件是一個或多個連續(xù)的片材的一部分。
[0030]所述拉伸元件和所述支撐元件由相同材料制成；所述部件通過鑄造或擠壓成型。
[0031]多個所述巢式雙V形單元件與共軸圓柱形套筒的外表面相連接。
[0032]多個所述巢式雙V形單元件與共軸圓柱形套筒的內(nèi)表面相連接。
[0033]多個所述巢式雙V形單元件與杯狀容器的內(nèi)表面相連接。
[0034]所述單元帶中的所述單元件的數(shù)量被定義為周期數(shù)，所述周期數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行改變。
[0035]所述單元帶中的所述單元件界定出高度或環(huán)的厚度，不同單元帶之間的所述高度可以相同或不同。
[0036]包括單條、雙條或多條所述單元帶。[0037]至少一些所述單元件中的第一或第二 V形的角度不同。
[0038]所述支撐元件、拉伸元件或兩者由金屬、陶瓷、橡膠、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、聚合物基體材料或塑料制成。
[0039]所述支撐元件和拉伸元件之間還包括泡沫或其它支撐材料。
[0040]所述部件的的橫截面為圓形，具有偶數(shù)邊的多邊形，或其它可制造的形狀。
[0041]所述單元件的V形底部可以為平面或形成一個U形。
[0042]所述拉伸層、支撐層或兩者為平面片材或任何曲面片材。
[0043]在特殊情況下V形結(jié)構(gòu)可以退化成一條直線，曲線或者倒V形結(jié)構(gòu)。
[0044]所有單元件可以有相同或不同的形狀、尺寸、截面形狀、截面尺寸和角度，可以使用相同或不同的材料。
[0045]在不同的方向上有不同或相同的等效剛度、等效質(zhì)量和等效阻尼特性。
[0046]利用上述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件制成的襯套和/或緩沖塊。
[0047]利用上述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件制成的其他防撞、防震、隔振及彈簧-阻尼結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1展示了通過計算機(jī)模擬過程得到的反應(yīng)收縮機(jī)制。
[0049]圖2展示了特定的負(fù)泊松比(NPR)結(jié)構(gòu)。
[0050]圖3A展示了圖2中的材料，其中Θ1=60。，Θ 2=120°。
[0051]圖3B展示了圖2中的材料，其中Θ1=30。，Θ 2=60。。
[0052]圖4展示了 NPR結(jié)構(gòu)可用于承重應(yīng)用。
[0053]圖5A展示了襯套在車輛懸掛系統(tǒng)中的典型位置。
[0054]圖5B展示了襯套在車輛底盤中的典型位置。
[0055]圖6A描繪了本發(fā)明所適用的一種襯套類型。
[0056]圖6B描繪了本發(fā)明所適用的另一種襯套類型。
[0057]圖6C描繪了本發(fā)明所適用的第三種襯套類型。
[0058]圖7A為兩層NPR襯套結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括24個單元件，支撐/拉伸元件的尺寸以暈米標(biāo)注。
[0059]圖7B為兩層NPR襯套結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括20個單元件，支撐/拉伸元件的尺寸以暈米標(biāo)注。
[0060]圖7C為兩層NPR襯套結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括20個單元件，但支撐/拉伸元件的尺寸與圖7B中的不同。
[0061]圖8提供了圖7A至7C所示的三種襯套設(shè)計的剛度曲線。
[0062]圖9表示如果拼接圖7B和圖7C的襯套，由于不同方向上支撐/拉伸元件的尺寸不同，其相對應(yīng)的不同方向的剛度也會不同。
[0063]圖10表示如果拼接圖7A和圖7C的襯套，由不同方向上結(jié)構(gòu)單元的周期數(shù)不同，其相對應(yīng)的不同方向的剛度也會不同。
[0064]圖11表示如果拼接圖7A和圖7B的襯套由于不同方向上的支撐元件的角度和周期數(shù)不同，其相對應(yīng)的不同方向的剛度也會不同。
[0065]圖12A為包括內(nèi)針和杯罩的顛簸緩沖塊裝配的部分截面簡圖。[0066]圖12B為NPR結(jié)構(gòu)緩沖塊替代品的斜視圖。
[0067]圖13為適用于本發(fā)明緩沖塊實施例中單元件的示意圖。
[0068]圖14A為緩沖塊的軸視圖，其中將兩組圖13中的單元件疊加形成一個四面結(jié)構(gòu)。
[0069]圖14B為緩沖塊的軸視圖，其中將三組圖13中的單元件疊加形成一個六面結(jié)構(gòu)。
[0070]圖14C為緩沖塊的軸視圖，其中將四組圖13中的單元件疊加形成一個八面結(jié)構(gòu)。
[0071]圖14D為緩沖塊的軸視圖，其中將五組圖13中的單元件疊加形成一個十面結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0072]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述:
[0073]本發(fā)明目的在于使用負(fù)泊松比(NPR)材料來制作用于車輛和其他應(yīng)用中的多種部件。所述部件包括但不限于襯套，懸掛及緩沖塊。NPR結(jié)構(gòu)替代品具有諸多的潛在優(yōu)勢。相對于現(xiàn)有的橡膠部件(襯套，懸掛及緩沖塊)，NPR結(jié)構(gòu)替代品的優(yōu)勢有:重量大致只有一半，提高了載荷剛度和車輛動力學(xué)，以及具有更穩(wěn)定和更易預(yù)測的特性。相對于現(xiàn)有的聚氨酯部件，NPR結(jié)構(gòu)部件的重量更輕，并且在達(dá)到旋轉(zhuǎn)剛度/柔韌性和各方向上的動態(tài)特性的情況下具有更好的振動隔離和抗沖擊性。相對于現(xiàn)有的尼龍部件，NPR結(jié)構(gòu)裝置重量更輕，不需要單獨的經(jīng)機(jī)械加工的軸承，從而降低了制作成本。無論材料如何，NPR結(jié)構(gòu)部件實現(xiàn)了以功能為導(dǎo)向的設(shè)計，即可以定制其特性來提供更好的非線性響應(yīng)特性，例如，在不同的軸或方向上提供不同的動態(tài)特性。
[0074]圖6A展示了本發(fā)明所適用的一種襯套類型。在本設(shè)計中，現(xiàn)有的圓柱形彈性/聚合材料602與內(nèi)/外剛性，通常為金屬的套筒604，608相連接，所述材料602可由本發(fā)明的NPR結(jié)構(gòu)材料替代。圖6B展示了本發(fā)明所適用的另一種類型的襯套610，其中桿622相對于板材620移動。在本設(shè)計中，部分或整個軸襯可由NPR結(jié)構(gòu)替代。例如，圓柱體612可由NPR結(jié)構(gòu)材料制成，并與剛性或柔性的端件614，616相連接。圖6C還展示了本發(fā)明所適用的第三種類型的襯套。在本設(shè)計中，所替代的軸襯628至少部分地包含在一個杯型腔體634中并與桿630連接，從而在桿630和632之間實現(xiàn)阻尼運動。圖6A，6B和6C中所示的本發(fā)明并不詳盡，因為在可以以功能為導(dǎo)向的設(shè)計的情況下，可以通過適當(dāng)?shù)墓こ绦薷膩砀淖兤湮锢斫Y(jié)構(gòu)。
[0075]圖7A至7C展示了根據(jù)本發(fā)明所制造的稍有不同的NPR襯套構(gòu)造。在這些圖中，帶有巢式V形單元件的單元帶呈放射狀向外疊加，具有垂直于紙面的理想長度。外環(huán)702和內(nèi)環(huán)704代表由金屬、陶瓷、塑料、聚氨酯或其他高分子材料或其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥傻膭傂蕴淄?。所述支撐元件同樣也可以由金屬、陶瓷、橡膠塑料、聚氨酯或其他高分子材料制成，而單元帶的拉伸材料可以更柔軟，并由天然或人工橡膠、聚氨酯，高分子材料或其他有彈性或可變形材料制成。在其他實施例中，所述支撐材料和拉伸材料可以一樣并且所述結(jié)構(gòu)可以擠壓成型。根據(jù)應(yīng)用的需要，所述支撐元件和/或拉伸元件可以是實心或空心的桿或管，平坦或彎曲的板或條，或U形、T形、V形或者I形梁。
[0076]圖7A為兩層NPR襯套結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括24個單元件，第一層拉伸元件701的尺寸為1.016毫米，第二層拉伸元件703的尺寸為1.27毫米，兩層之間的支撐元件的尺寸為0.5毫米。圖7B為兩層NPR襯套結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括20個單元件，第一層拉伸元件701的尺寸為1.016毫米，第二層拉伸元件703的尺寸為1.27毫米，兩層之間的支撐元件的尺寸為0.5毫米。圖7C為兩層NPR襯套結(jié)構(gòu)的示意圖，其中包括20個單元件，但支撐/拉伸元件的尺寸與圖7B中的不同，第一層拉伸元件701的尺寸為1.5毫米，第二層拉伸元件703的尺寸為2毫米，兩層之間的支撐元件的尺寸為I毫米。。需要注意的是單層、雙層或者多層的結(jié)構(gòu)也包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0077]圖8提供了圖7A至7C所示的三種襯套設(shè)計的剛度曲線，其中fl代表了圖7A所示的襯套設(shè)計的剛度曲線，其中f2代表了圖7B所示的襯套設(shè)計的剛度曲線，其中f3代表了圖7C所示的襯套設(shè)計的剛度曲線。正如所預(yù)料的，由于采用了較厚的支撐元件和拉伸元件，圖7C中的襯套對施加的壓力表現(xiàn)出更大的剛度。圖7B襯套和圖7A襯套的支撐元件和拉伸元件的橫截面直徑相同，但結(jié)構(gòu)在繞圓周方向的單元件的數(shù)量不同(一個是20個，一個是24個)。因此，兩者的剛度曲線也不相同而且在大約1300牛的壓力下相交。圖9表示如果拼接圖7B和圖7C的襯套，由于不同方向上支撐/拉伸元件的尺寸不同，其相對應(yīng)的不同方向的剛度也會不同。圖10表示如果拼接圖7A和圖7C的襯套，由不同方向上結(jié)構(gòu)單元的周期數(shù)不同，其相對應(yīng)的不同方向的剛度也會不同。圖11表示如果拼接圖7A和圖7B的襯套由于不同方向上的支撐元件的角度和周期數(shù)不同，其相對應(yīng)的不同方向的剛度也會不同。
[0078]其中，在襯套結(jié)構(gòu)中，巢式的V形單元件是呈放射性向外疊加的。在其他裝置中，例如緩沖塊，單元件是沿著部件縱向疊加的。圖12A為包括內(nèi)針1202和杯罩1204的緩沖塊1200結(jié)構(gòu)的部分截面簡圖。圖12B為替代圖12A中結(jié)構(gòu)的NPR緩沖塊替代品的斜視圖，其中可以使用相同的杯罩和內(nèi)針。
[0079]圖13為適用于本發(fā)明顛沖塊實施例中單元件的示意圖。不同于之前的點，A’，B’，C’，D’區(qū)域可以包括有一個平面使得單元件可以通過粘貼、焊接或其他有效的方法連接在一起。如在此所公開的襯套實施例，所述支撐元件1210可以由金屬、陶瓷或塑料制成，而單元帶的拉伸材料1212可以更柔軟，并由天然或人工橡膠，或其他有彈性或可變形材料制成。在其他實施例中，所述支撐材料和拉伸材料可以一樣并且所述結(jié)構(gòu)可以鑄造或擠壓而成。
[0080]采用了以功能為導(dǎo)向的設(shè)計，所述緩沖塊(和襯套)中在縱向和/或放射性向外的方向上可以改變拉伸元件和支撐元件的數(shù)量、尺寸、制成材料和/或形狀來達(dá)到具體的應(yīng)用要求。例如圖14A為緩沖塊的軸視圖，其中將兩組圖13中的單元件疊加形成一個四面結(jié)構(gòu)；圖14B為緩沖塊的軸視圖，其中將三組圖13中的單元件疊加形成一個六面結(jié)構(gòu)；圖14C為緩沖塊的軸視圖，其中將四組圖13中的單元件疊加形成一個八面結(jié)構(gòu)；圖14D為緩沖塊的軸視圖，其中將五組圖13中的單元件疊加形成一個十面結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明中的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件中所有單元件可以有相同或不同的形狀、尺寸、截面形狀、截面尺寸和角度，可以使用相同或不同的材料。并且在在不同的方向上有不同或相同的等效剛度、等效質(zhì)量和等效阻尼特性。在此不再一一贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，包括: 管狀或其他形狀的結(jié)構(gòu)，具有相應(yīng)的軸、長度和截面；所述結(jié)構(gòu)由多個巢式的雙V形單元件組成，每個所述單元件包括一對端點A和B來界定寬度,第一對拉伸元件與端點A和B連接并于端點C相交，從而形成第一個V形，第二對支撐元件與端點A和B連接并于端點D相交，從而形成第二個V形； 所述單元件在第一方向上以一個單元件的端點B與另一個相鄰的單元件的端點A相連接的方式連接，直至形成一個連續(xù)的單元帶； 所述單元件進(jìn)一步地在第二個方向上以一個單元件的端點D與另一個相鄰的單元件的端點C相連接的方式連接；其中，所述單元帶沿軸呈放射性向外疊加形成襯套；或者所述單元帶沿所述結(jié)構(gòu)縱向疊加形成顛簸緩沖塊。
2.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸元件為直的或彎曲的。
3.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸元件具有恒定或可變的橫截面。
4.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述支撐元件為直的或彎曲的。
5.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述支撐元件具有恒定或可變的橫截面。
6.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸元件和所述支撐元件由不同或相同的材料制成。
7.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸元件和所述支撐元件由不同或相同的材料組成，所述拉伸元件比所述支撐元件要柔軟。
8.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸元件是一個或多個連續(xù)的片材的一部分。
9.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸元件和所述支撐元件由相同材料制成；所述部件通過鑄造或擠壓成型。
10.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，多個所述巢式雙V形單元件與共軸圓柱形套筒的外表面相連接。
11.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，多個所述巢式雙V形單元件與共軸圓柱形套筒的內(nèi)表面相連接。
12.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，多個所述巢式雙V形單元件與杯狀容器的內(nèi)表面相連接。
13.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述單元帶中的所述單元件的數(shù)量被定義為周期數(shù)，所述周期數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行改變。
14.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述單元帶中的所述單元件界定出高度或環(huán)的厚度，不同單元帶之間的所述高度可以相同或不同。
15.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，包括單條、雙條或多條所述單元帶。
16.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，至少一些所述單元件中的第一或第二 V形的角度不同。
17.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述支撐元件、拉伸元件或兩者由金屬、陶瓷、橡膠、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、聚合物基體材料或塑料制成。
18.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述支撐元件和拉伸元件之間還包括泡沫或其它支撐材料。
19.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述部件的的橫截面為圓形，具有偶數(shù)邊的多邊形，或其它可制造的形狀。
20.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述單元件的V形底部可以為平面或形成一個U形。
21.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所述拉伸層、支撐層或兩者為平面片材或任何曲面片材。
22.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，在特殊情況下V形結(jié)構(gòu)可以退化成一條直線，曲線或者倒V形結(jié)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，所有單元件可以有相同或不同的形狀、尺寸、截面形狀、截面尺寸和角度，可以使用相同或不同的材料。
24.如權(quán)利要求1所述負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，在不同的方向上有不同或相同的等效剛度、等效質(zhì)量和等效阻尼特性。
25.利用上述權(quán)利要求1-24任一的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件制成的襯套和/或緩沖塊。
26.利用上述權(quán)利要求1-24任一的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)部件制成的其他防撞、防震、隔振及彈簧-阻尼結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】F16F1/38GK103573891SQ201310566039
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】馬正東 申請人:馬正東