CN108397684B - 双刚度结构 - Google Patents
双刚度结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108397684B CN108397684B CN201810181713.0A CN201810181713A CN108397684B CN 108397684 B CN108397684 B CN 108397684B CN 201810181713 A CN201810181713 A CN 201810181713A CN 108397684 B CN108397684 B CN 108397684B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- connecting rod
- type connecting
- central
- peripheral diamond
- combination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16S—CONSTRUCTIONAL ELEMENTS IN GENERAL; STRUCTURES BUILT-UP FROM SUCH ELEMENTS, IN GENERAL
- F16S3/00—Elongated members, e.g. profiled members; Assemblies thereof; Gratings or grilles
- F16S3/06—Assemblies of elongated members
- F16S3/08—Assemblies of elongated members forming frameworks, e.g. gratings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种双刚度智能结构，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个***菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个***菱形连杆组合的一个端节点转动连接，***菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的***菱形连杆组合的端节点转动连接。本发明具有两种变形模式且在两种模式中表现出不同的刚度。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种材料结构领域的技术，具体是一种双刚度结构。
背景技术
材料的刚度是其最为重要的特性之一，反映了某材料在载荷作用下的变形程度。由于应用领域不同，对材料的刚度大小要求也不同。如在基础建设领域一般希望材料具有较高的强度，以在承受较大的载荷时尽量减小变形，避免建筑倒塌；而在减震、缓冲等领域，则希望材料具有较小的刚度，较大的形变，以将目标的动能转换为材料的变形能，增强减震、缓冲的效果。
然而在某些情况下，由于载荷的变化范围较大，具有单一刚度的材料就会出现对较小的载荷变化不敏感(刚度较大的材料)或在较大的载荷下被破坏的情况(刚度较小的材料)。
发明内容
本发明针对现有单一刚度材料面对大范围的载荷变化无法提供合适的形变的问题，提出一种双刚度智能结构，具有两种变形模式且在两种模式中表现出不同的刚度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种双刚度智能结构，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个***菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个***菱形连杆组合的一个端节点转动连接，***菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的***菱形连杆组合的端节点转动连接。
所述的中央剪式连杆组合包括：三个以上一端通过中央铰链固定连接的中央剪式连杆，每个分支中央剪式连杆以中央铰链为中心均匀分布。
所述的***菱形连杆组合包括四根***菱形连杆收尾依次转动连接组成。
所述的***菱形连杆组合的第四个端节点用于与相邻的另一个结构单元的***菱形连杆组合转动连接或者不与任何节点相连。
所有结构单元中的旋转弹簧的刚度系数均相同且为固定值k。
所述的中央剪式连杆组合的节点数、分支数与***菱形连杆组合的个数、形状满足：当中央剪式连杆组合的分支数目为n，则其节点数目为n+1，***菱形连杆组合的数量为2n，***菱形连杆组合的形状由其一个内角的角度确定，其大小为2π/n。
所述的结构单元的排列方式是沿水平、竖直方向排列，相邻两单元的距离分别为其结构单元的宽度、高度。
技术效果
与现有技术相比，本发明利用上述结构在不同运动模式下具有不同的刚度这一特性，通过改变载荷点的位置，可以自主选择所需的运动模式及其结构刚度，从而实现了在不同的载荷下改变刚度的功能。进一步地，根据我们提供的载荷-位移曲线，还可以计算出给定载荷下的结构变形程度，即该智能结构的应变大小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：a～d为MS-6、MS-8、MS-10、MS-12；
图2为本发明的运动模式示意图；
图3为本发明的载荷位置与运动模式的关系图；
图4为本发明的载荷-位移曲线图；
图5为本发明的平铺示意图；
图中：a～d为MS-6、MS-8、MS-10、MS-12；
图中：1为MS-6(Motion structures with 6-fold rotational symmetry，具有六重旋转对称性的可动结构)***菱形连杆、2为MS-6中央剪式连杆、3为MS-6旋转弹簧、4为MS-8(Motion structures with 8-fold rotational symmetry，具有八重旋转对称性的可动结构)***菱形连杆、5为MS-8中央剪式连杆、6为MS-8旋转弹簧、7为MS-10(Motionstructures with 10-fold rotational symmetry，具有十重旋转对称性的可动结构)***菱形连杆、8为MS-10中央剪式连杆、9为MS-10旋转弹簧、10为MS-12(Motion structureswith 12-fold rotational symmetry，具有十二重旋转对称性的可动结构)***菱形连杆、11为MS-12中央剪式连杆、12为MS-12旋转弹簧。
具体实施方式
如图1所示，为本发明所述的四种双刚度智能结构，分别为六重旋转对称性可动结构MS-6、八重旋转对称性可动结构MS-8、十重旋转对称性可动结构MS-10、十二重旋转对称性可动结构MS-12。
如图1a所示，为MS-6双刚度智能结构的一个结构单元，其中不同的零件用不同的线型表示，其包括六个MS-6***菱形连杆1组合、两个(实线和虚线)MS-6中央剪式连杆2组合、一个MS-6旋转弹簧3；如图1a中虚线方框所示，每个MS-6***菱形连杆1组合具有四个节点，每个MS-6中央剪式连杆2组合具有三个分支和四个节点，两个MS-6中央剪式连杆2组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-6中央剪式连杆2组合的分支与一个MS-6***菱形连杆1组合转动连接，每个MS-6***菱形连杆1组合与两个相邻的MS-6***菱形连杆1组合转动连接。MS-6旋转弹簧3设置于中央铰链处。
如图1b所示，为MS-8双刚度智能结构的一个结构单元，其包括八个MS-8***菱形连杆4组合、两个MS-8中央剪式连杆5组合、一个MS-8旋转弹簧6，如图1中虚线方框所示。每个MS-8***菱形连杆4组合具有四个节点，每个MS-8中央剪式连杆5组合具有四个分支和五个节点。两个MS-8中央剪式连杆5组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-8中央剪式连杆5组合的分支与一个MS-8***菱形连杆4组合相转动连接，每个MS-8***菱形连杆4组合还与两个相邻的MS-8***菱形连杆4组合相转动连接。MS-8旋转弹簧6设置于中央铰链处。
如图1c所示，为MS-10双刚度智能结构的一个结构单元，其包括十个MS-10***菱形连杆7组合、两个MS-10中央剪式连杆8组合、一个MS-10旋转弹簧9，如图1中虚线方框所示。每个MS-10***菱形连杆7组合具有四个节点，每个MS-10中央剪式连杆8组合具有五个分支和六个节点。两个MS-10中央剪式连杆8组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-10中央剪式连杆8组合的分支与一个MS-10***菱形连杆7组合相转动连接，每个MS-10***菱形连杆7组合还与两个相邻的MS-10***菱形连杆7组合相转动连接。MS-10旋转弹簧9设置于中央铰链处。
如图1d所示，为MS-12双刚度智能结构的一个结构单元，其包括十二个MS-12***菱形连杆10组合、两个MS-12中央剪式连杆11组合、一个MS-12旋转弹簧10，如图1中虚线方框所示。每个MS-12***菱形连杆10组合具有四个节点，每个MS-12中央剪式连杆11组合具有六个分支和七个节点。两个MS-12中央剪式连杆11组合通过中央铰链相转动连接，每个MS-12中央剪式连杆11组合的分支与一个MS-12***菱形连杆10组合相转动连接，每个MS-12***菱形连杆10组合还与两个相邻的MS-12***菱形连杆10组合相转动连接。MS-12旋转弹簧12设置于中央铰链处。
如图2所示，在初始状态下，两个MS-6中央剪式连杆2组合的六个分支绕中央铰链均匀分布，且此时的MS-6旋转弹簧3处于原长状态。在一定的载荷作用下，MS-6具有两种运动模式：模式1、模式2，如图2左栏、右栏所示。同理，在初始状态下，MS-8、MS-10、MS-12的中央剪式连杆组合的各个分支也是绕中央铰链均匀分布的，且其对应的旋转弹簧均处于原长状态。
如图3所示，根据载荷点的位置不同，MS-6、MS-8、MS-10、MS-12(统称为MS-N)可以在两种运动模式之间转换。对竖直载荷来说，当载荷点在R点以左时，MS-N表现出运动模式1；当载荷点在R点以右时，MS-N表现出运动模式2。对水平载荷来说，当载荷点在R点以下时，MS-N表现出运动模式1；当载荷点在R点以上时，MS-N表现出运动模式2。
如图4所示，为本实施例的载荷-位移曲线图。对MS-6来说，当载荷点为E时，MS-6表现为运动模式1，对应于图中的虚线；当载荷点为F时，MS-6表现为运动模式2，对应于图中的实线。对MS-8、MS-10、MS-12来说，当载荷点为D时，MS-8、MS-10、MS-12表现为运动模式1，对应于图中的虚线；当载荷点为F时，MS-8、MS-10、MS-12表现为运动模式2，对应于图中的实线。据此位移-载荷曲线图，即可求出MS-N在某一给定载荷下的变形程度。
如图5所示，为本实施例的平铺示意图。由图5可以看出，每个MS-6***菱形连杆1组合的最后一个节点均与其他MS-6结构单元的空余节点转动连接；每个MS-8***菱形连杆4组合的最后一个节点均与其他MS-8结构单元的空余节点转动连接；六个MS-10***菱形连杆7组合的最后一个节点与其他MS-10结构单元的空余节点转动连接，四个MS-10***菱形连杆7组合的最后一个节点没有与任何其他节点连接；六个MS-12***菱形连杆10组合的最后一个节点与其他MS-12结构单元的空余节点转动连接，六个MS-12***菱形连杆10组合的最后一个节点没有与任何其他节点连接。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (8)
1.一种双刚度智能结构，其特征在于，由若干结构单元组成，每个结构单元包括：两个同心转动连接的中央剪式连杆组合以及若干个***菱形连杆组合，其中：两个中央剪式连杆组合之间通过旋转弹簧活动连接，每个中央剪式连杆组合的分支末端与一个***菱形连杆组合的一个端节点转动连接，***菱形连杆组合的另外两个相对端节点分别与两侧相邻的***菱形连杆组合的端节点转动连接；
所述的双刚度智能结构具有初始状态以及两种运动模式；
所述的初始状态为：两个中央剪式连杆组合，以中央铰链为圆心均匀圆周分布且此时旋转弹簧处于原长；
所述的两种运动模式分别为：活动中央剪式连杆相对于固定中央剪式连杆的顺时针旋转与逆时针旋转，对应着旋转弹簧的拉伸和压缩，通过初始状态以及两种运动模式该双刚度智能结构表现出不同的刚度，并随着载荷的作用点在该结构上移动触发不同的运动模式，进而产生对应的刚度。
2.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所述的中央剪式连杆组合包括：三个以上一端通过中央铰链固定连接的中央剪式连杆，每个分支中央剪式连杆以中央铰链为中心均匀分布。
3.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所述的中央剪式连杆组合中中央剪式连杆的分支个数为三个、四个、五个或六个。
4.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所述的***菱形连杆组合包括四根***菱形连杆首尾依次转动连接组成。
5.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所述的***菱形连杆组合的第四个端节点用于与相邻的另一个结构单元的***菱形连杆组合转动连接或者不与任何节点相连。
6.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所有结构单元中的旋转弹簧的刚度系数均相同且为固定值k。
7.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所有结构单元中的中央剪式连杆组合的节点数、分支数与***菱形连杆组合的个数、形状满足：当中央剪式连杆组合的分支数目为n，则其节点数目为n+1，***菱形连杆组合的数量为2n，***菱形连杆组合的形状由其一个内角的角度确定，其大小为2π/n。
8.根据权利要求1所述的双刚度智能结构，其特征是，所述的结构单元的排列方式是沿水平、竖直方向排列，相邻两单元的距离分别为其结构单元的宽度、高度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810181713.0A CN108397684B (zh) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | 双刚度结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810181713.0A CN108397684B (zh) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | 双刚度结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108397684A CN108397684A (zh) | 2018-08-14 |
| CN108397684B true CN108397684B (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=63091869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810181713.0A Expired - Fee Related CN108397684B (zh) | 2018-03-06 | 2018-03-06 | 双刚度结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108397684B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110939853B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-02-19 | 北京理工大学 | 一种高效柔性二维平面点阵结构 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02293233A (ja) * | 1989-04-21 | 1990-12-04 | Schlegel Uk Ltd | 支持体 |
| US5921048A (en) * | 1996-04-18 | 1999-07-13 | Brigham Young University | Three-dimensional iso-tross structure |
| CN2888241Y (zh) * | 2006-02-19 | 2007-04-11 | 王跃 | 可调弯曲刚度线材 |
| CN205654768U (zh) * | 2016-03-25 | 2016-10-19 | 浙江师范大学 | 一种基于磁流变效应的刚度可调控的复合梁 |
| CN107039777B (zh) * | 2017-05-11 | 2020-11-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法 |
-
2018
- 2018-03-06 CN CN201810181713.0A patent/CN108397684B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108397684A (zh) | 2018-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101791804B (zh) | 对称两转一移三自由度并联机构 | |
| CN108397684B (zh) | 双刚度结构 | |
| CN104400780B (zh) | 一种三支链六自由度并联机构 | |
| CN101036986B (zh) | 一种具有两转动和一移动的三自由度并联机器人机构 | |
| CN102644352B (zh) | 具有固定支座的径向伸缩网架 | |
| CN104088361B (zh) | 一种八面体单元桁架超弹张力结构 | |
| CN104641521A (zh) | 可摆动地支承的电能传输设备的减震装置 | |
| FI75216C (fi) | Ledbar foerbindning. | |
| CN103334529B (zh) | 一种全张力索杆屋盖结构体系及其构造方法 | |
| CN111379321B (zh) | 一种超大跨度穹顶结构 | |
| CN101179157B (zh) | 大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列 | |
| Zhang et al. | Motion paths and mechanical behavior of origami-inspired tunable structures | |
| CN104669246A (zh) | 一种(2t1r)&1t四自由度解耦混联机构 | |
| CN104942795B (zh) | 一移动二转动三自由度转动移动完全解耦并联机构 | |
| CN108638110A (zh) | 一种刚性可折展抓捕变胞机构 | |
| CN204248889U (zh) | 一种三支链六自由度并联机构 | |
| CN110528949B (zh) | 一种多重耗能碰撞型调谐质量阻尼器 | |
| CN202577709U (zh) | 具有固定支座的径向伸缩网架 | |
| CN103267221B (zh) | 一种八面体单元桁架张力蒙皮结构 | |
| CN104942829B (zh) | 二移动三转动五自由度转动移动完全解耦并联机构 | |
| CN209304579U (zh) | 机械手臂 | |
| CN104942800B (zh) | 三移动一转动四自由度转动移动完全解耦并联机构 | |
| JP5153733B2 (ja) | 免震装置 | |
| CN107316661B (zh) | 一种扇形收放结构 | |
| CN112095880B (zh) | 一种拉索预应力巨型网格罩篷结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201103 |