(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210926137.4 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 桂林电子科技大 学 地址 541004 广西壮 族自治区桂林市七 星 区金鸡路1号 (72)发明人 蒋占四　王定川　徐毓贤　陈锴博　 丁泽良　 (74)专利代理 机构 桂林文必达专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 45134 专利代理师 白洪 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构及 其设计方法 (57)摘要 本发明涉及负泊松比结构设计技术领域， 具 体涉及一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构 及其设计方法， 包括沿X/Y/Z三个方向分别重复 排列的三维基本单元， Y方向和Z方向 的投影形状 一致， X方向的投影与Y/Z方向投影垂直， 三维基 本单元包括六个二维负泊松比结构基本单元和 八根连杆， 投影面相互垂直的面交线对应节点由 两根连杆连接在一起。 在受到压力时， 产生向内 收缩的效果， 受到拉力时， 产生膨胀的性质。 本发 明的结构实现了三维空间的负泊松比性质， 结构 在竖直方向受拉时， 水平两个方向呈现膨胀； 竖 直方向受压时， 水平两个方向向内收缩的性质， 增加了承 载能力， 解决了 现有的负泊松比结构的 承载能力较 差的问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图8页 CN 115438465 A 2022.12.06 CN 115438465 A 1.一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构， 其特 征在于， 包括沿X/Y/Z三个方向分别重复排列的三维基本单元， 所述三维基本单元的Y方向和Z 方向的投影形状一致， X方向的投影与Y/Z方向投影垂直， 所述三维基本单元组成包括六个 二维负泊松比结构 基本单元和八根连杆， 投影面相互垂 直的面交线对应节点由两根所述连 杆连接在一 起。 2.如权利要求1所述的基于正弦曲线的三维负泊松比结构， 其特 征在于， 所述二维负泊松比结构基本单 元包括四个相同的曲线； 四个所述曲线为 正弦曲线与直线加权组成； 四个所述曲线分别位于左、 右、 上、 下四个方向； 左右两个所述曲线的波峰相对， 上 下两个所述曲线的波谷相对。 3.如权利要求2所述的基于正弦曲线的三维负泊松比结构， 其特 征在于， 所述曲线需通过二维负泊松比结构基本单元中心与单元顶点间四个中点中相邻的两 个， 且与单 元交点处的左右导数互为相反数。 4.如权利要求3所述的基于正弦曲线的三维负泊松比结构， 其特 征在于， 所述六个所述 二维负泊松比结构基本单 元分别放置在立方体的六个面； 其中四个所述二维负泊松比结构基本单元由沿立方体中心坐标X轴圆周阵列连接， 其 余两个所述二维负泊松比结构基本单元沿Z轴圆周阵列到相邻的立方体剩余的两个面上， 然后将沿Y轴的四条边上对应节点采用八根相同截面的连 杆连接。 5.如权利要求 4所述的基于正弦曲线的三维负泊松比结构， 其特 征在于， 四个所述曲线为间断周期函数或连续周期函数。 6.一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构设计方法， 应用于权利要求5所述的基于正 弦曲线的三维负泊松比结构， 其特 征在于， 包括以下步骤： 将四个二维负泊松比结构基本单 元由沿立方体中心坐标 X轴圆周阵列连接； 将另外两个二维负泊松比结构基本单元沿Z轴圆周阵列到相邻的立方体的剩余的两个 面上； 将八根连 杆分别与Y轴的四条边上对应节点首尾相接， 得到三维基本单 元； 通过空间拓展三维基本单 元后重复排列， 得到三维负泊松比结构体。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115438465 A 2一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及负泊松比结构设计技术领域， 尤其涉及一种基于正弦曲线的三维负泊 松比结构及其设计方法。 背景技术 [0002]负泊松比结构在受到沿纵向的拉力时产生横向的膨胀， 或者在受到沿纵向的压力 时产生横向的收缩。 由于这种特殊的受力变形模式， 负泊松比材料与传统材料相比。 具有 更 优的力学性能， 如更高的剪切强度、 断裂韧性、 压痕阻力以及冲击耗能 能力。 [0003]目前， 负泊松比结构主要从自然界中直接获取或者通过人工合成制成。 但是， 由于 受到制造、 合成技术的制约， 目前常见的三 维负泊松比结构种类还很少， 对于负泊松比结构 在实际工程中的应用更是寥寥无几。 而且大部 分结构都是尖角过渡， 容易产生应力集中， 降 低结构的承载能力。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构及其设计方法， 旨 在解决现有的负泊松比结构的承载能力较差的问题。 [0005]为实现上述目的， 第一方面， 本发明提供了一种基于正弦曲线的三维负泊松比结 构， 包括沿X/Y/Z三个方向分别重复排列的三 维基本单元， 所述三 维基本单元的Y方向和Z方 向的投影形状一致， X方向的投影与Y/Z方向投影垂直， 所述三维基本单元组成包括六个二 维负泊松比结构 基本单元和八根连杆， 投影面相互垂直的面交线对应节点由两根所述连杆 连接在一 起。 [0006]其中， 所述 二维负泊松比结构基本单 元包括四个相同的曲线； [0007]四个所述曲线为 正弦曲线与直线加权组成； [0008]四个所述曲线分别位于左、 右、 上、 下四个方向； [0009]左右两个所述曲线的波峰相对， 上 下两个所述曲线的波谷相对。 [0010]其中， 所述曲线需通过二维负泊松比结构基本单元中心与单元顶点间四个中点中 相邻的两个， 且与单 元交点处的左右导数互为相反数。 [0011]其中， 所述六个所述 二维负泊松比结构基本单 元分别放置在立方体的六个面； [0012]其中四个所述二维负泊松比结构基本单元由沿立方体中心坐标X轴圆周阵列连 接， 其余两个所述二维负泊松比结构基本单元沿Z轴圆周阵列到相邻的立方体剩余的两个 面上， 然后将沿Y轴的四条边上对应节点采用八根相同截面的连 杆连接。 [0013]其中， 四个所述曲线为间断周期函数或连续周期函数。 [0014]第二方面， 本发明提供了一种基于正弦曲线的三维负泊松比结构设计方法， 包括 以下步骤： [0015]将四个二维负泊松比结构基本单 元由沿立方体中心坐标 X轴圆周阵列连接； [0016]将另外两个二维负泊松比结构基本单元沿Z轴圆周阵列到相邻的立方体的剩余的说　明　书 1/4 页 3 CN 115438465 A 3