【摘要】：機械超材料是一種人造的新型材料,其材料性能主要由其內部結構決定�；谡奂埖臋C械超材料因其所呈現的多胞特性,比如負泊松比、可編程剛度,近來吸引了物理學家和工程師的密切關注。到目前為止,大多數折紙超材料是由完全相同的折紙單元堆疊而成,因此其機械性能與單個單元類似并在整體上保持統一,這也意味著該種材料很難適應復雜不規(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)的機械超材料,分別稱之為面內漸變Miura-ori、面外漸變Miura-ori,面內外結合的漸變Miura-ori,三種結構都可通過幾何參數的改變實現漸變剛度的目的。針對三種漸變Miura-ori,首先通過運動學分析,分別建立結構實現的幾何條件;通過分析其折疊過程,我們發(fā)現它們存在自鎖點。自鎖點將折疊過程分為剛性折疊與非剛性折疊兩個階段,且其位置完全由幾何參數決定。為了探索漸變結構的機械性能,我們用黃銅制作了Miura-ori、面內漸變Miura-ori和面外漸變Miura-ori的物理模型,并完成沿特定方向的準靜態(tài)壓縮實驗,證實了漸變結構具有漸變剛度的特性。同時,根據實驗建立相應的仿真模型,且得到了與實驗匹配的結果,進一步驗證了結構的剛度特性。最后,利用仿真通過一系列的參數化分析,探索該結構參數對材料性能的影響。結果顯示,模型材料與Miura-ori基礎角度對超材料漸變剛度與能量吸收性能有著較大的影響。本文通過實驗與仿真,證明三種漸變Miura機械超材料可以在特定方向上實現漸變剛度,而且其剛度特性可通過幾何參數調節(jié)控制。同時,相對于Miura-ori,該結構具有更好的能量吸收能力,能夠更好的應用在一些特定的復雜環(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折紙圖案創(chuàng)造新結構與機械超材料。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

圖 1-1 功能梯度材料潛在應用領域[32]Fig 1-1 Potential fields for the application of FGMs機械超材料“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設計的結構并呈現出天然

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動確定性而最受關注，也因其無面內彎曲等經常與桁架、球面桿機構相連接建立等效關系進行分析。本文

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

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

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本文編號：2731697