【摘要】：機(jī)械超材料是一種人造的新型材料,其材料性能主要由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定�；谡奂埖臋C(jī)械超材料因其所呈現(xiàn)的多胞特性,比如負(fù)泊松比、可編程剛度,近來吸引了物理學(xué)家和工程師的密切關(guān)注。到目前為止,大多數(shù)折紙超材料是由完全相同的折紙單元堆疊而成,因此其機(jī)械性能與單個(gè)單元類似并在整體上保持統(tǒng)一,這也意味著該種材料很難適應(yīng)復(fù)雜不規(guī)則的外界環(huán)境。受自然界功能梯度材料的啟發(fā),本文提出三種基于三浦折紙(Miura-ori)的機(jī)械超材料,分別稱之為面內(nèi)漸變Miura-ori、面外漸變Miura-ori,面內(nèi)外結(jié)合的漸變Miura-ori,三種結(jié)構(gòu)都可通過幾何參數(shù)的改變實(shí)現(xiàn)漸變剛度的目的。針對三種漸變Miura-ori,首先通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,分別建立結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的幾何條件;通過分析其折疊過程,我們發(fā)現(xiàn)它們存在自鎖點(diǎn)。自鎖點(diǎn)將折疊過程分為剛性折疊與非剛性折疊兩個(gè)階段,且其位置完全由幾何參數(shù)決定。為了探索漸變結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能,我們用黃銅制作了Miura-ori、面內(nèi)漸變Miura-ori和面外漸變Miura-ori的物理模型,并完成沿特定方向的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn),證實(shí)了漸變結(jié)構(gòu)具有漸變剛度的特性。同時(shí),根據(jù)實(shí)驗(yàn)建立相應(yīng)的仿真模型,且得到了與實(shí)驗(yàn)匹配的結(jié)果,進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的剛度特性。最后,利用仿真通過一系列的參數(shù)化分析,探索該結(jié)構(gòu)參數(shù)對材料性能的影響。結(jié)果顯示,模型材料與Miura-ori基礎(chǔ)角度對超材料漸變剛度與能量吸收性能有著較大的影響。本文通過實(shí)驗(yàn)與仿真,證明三種漸變Miura機(jī)械超材料可以在特定方向上實(shí)現(xiàn)漸變剛度,而且其剛度特性可通過幾何參數(shù)調(diào)節(jié)控制。同時(shí),相對于Miura-ori,該結(jié)構(gòu)具有更好的能量吸收能力,能夠更好的應(yīng)用在一些特定的復(fù)雜環(huán)境。不僅如此,本文中所提出的方法可以普遍適用于大多數(shù)折紙圖案創(chuàng)造新結(jié)構(gòu)與機(jī)械超材料。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34
【圖文】：

圖 1-1 功能梯度材料潛在應(yīng)用領(lǐng)域[32]Fig 1-1 Potential fields for the application of FGMs機(jī)械超材料“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然

圖 1-4 具有 N 條折痕的帶狀圖案Fig 1-4 Stripe with N folded lines.在折紙的研究中，由于剛性折紙所特有的運(yùn)動(dòng)確定性而最受關(guān)注，也因其無面內(nèi)彎曲等經(jīng)常與桁架、球面桿機(jī)構(gòu)相連接建立等效關(guān)系進(jìn)行分析。本文

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 唐見茂;;航空航天復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J];航天器環(huán)境工程;2013年04期

2 杜善義;;先進(jìn)復(fù)合材料與航空航天[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2007年01期

本文編號(hào)：2731697