专利摘要

本实用新型属于耐压或承压或支撑结构领域，尤其涉及一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构及其承压板架。基于该结构可使用弹性材料制作支撑用耐压或者承压结构，提高整体的耐压承压能力避免结构破坏；基于该结构可使用弹性材料或者塑形制作双端约束的承压结构(桥、平板等)，在中间承压过程中，位于上下支撑面上的辅助支撑线能够抵挡承压结构截面厚度变薄，防止承压结构折断，提高其承压能力，基于该结构可使用塑性材料制作的增强防护以及缓冲结构，具有质量轻便但强度高的特点，有效避免瞬间冲击破坏以及缓冲结构后续承载力下降等问题。

权利要求

1.一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，包括至少一个单体结构，所述单体结构由顶部和底部的两个互相平行的支撑面，以及位于两个支撑面之间按照环形阵列均匀分布的多个连接面围成，所述环形阵列的中心线垂直于支撑面；所述支撑面与两个相邻且相交的连接面相交后形成支撑点，支撑面由位于该面的所有支撑点围成；所述连接面由该连接面与相邻的另两个连接面的相交线在两个支撑面上形成的四个支撑点围成；在连接面上，支撑点向单体结构内部延伸出支撑杆，多个支撑杆的另一端相交后与连接面形成金字塔状结构；在支撑面上，支撑点向单体结构内部延伸出支撑杆，多个支撑杆的另一端相交后与支撑面形成金字塔状结构。

2.根据权利要求1所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，在金字塔状结构中，支撑杆的长度相等。

3.根据权利要求1所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，在任意一个连接面对应的金字塔状结构中，端点位于同一相交线上的支撑杆长度相等，端点位于不同相交线上的支撑杆长度相差0.05L₁～0.95L₁，其中L₁是指在相应金字塔状结构中由相邻连接面相交形成的边的长度，所述相交线是指两个相邻连接面相交后形成的线。

4.根据权利要求1所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，包括多个单体结构，单体结构先阵列分布后再层状叠加，且任意上下相邻的单体结构共用一个支撑面；任意前后或左右相邻的单体结构共用一个连接面。

5.根据权利要求1所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，包括多个单体结构，所述单体结构先阵列分布后再层状叠加，且在单体结构的金字塔状结构中，金字塔的顶点/支撑杆的交点沿垂直于金字塔底面方向延伸出连接杆，并向上下或前后或左右延伸至与相邻的单体结构上的金字塔的顶点相连接。

6.一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，包括至少一个单体结构，所述单体结构由顶部和底部的两个互相平行的支撑面，以及位于两个支撑面之间按照环形阵列均匀分布的多个连接面围成，所述环形阵列的中心线垂直于两个支撑面；所述支撑面与两个相邻且相交的连接面之间相交后形成支撑点，支撑面由位于该面的所有支撑点围成；所述连接面由该连接面与相邻的另两个连接面的相交线在两个支撑面上形成的四个支撑点围成；在连接面上，支撑点向单体结构内部延伸出支撑杆，多个支撑杆的另一端相交后与连接面形成金字塔状结构。

7.根据权利要求6所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，在金字塔状结构中，支撑杆的长度相等。

8.根据权利要求6所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，在任意一个连接面对应的金字塔状结构中，端点位于同一相交线上的支撑杆长度相等，端点位于不同相交线上的支撑杆长度相差0.05L₁～0.95L₁，其中L₁是指在相应金字塔状结构中由相邻连接面相交形成的边的长度，所述相交线是指两个相邻连接面相交后形成的线。

9.根据权利要求6所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，包括多个单体结构，单体结构先阵列分布后再层状叠加，且任意上下相邻的单体结构共用一个支撑面；任意前后或左右相邻的单体结构共用一个连接面。

10.根据权利要求6所述的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，其特征在于，包括多个单体结构，所述单体结构线阵列分布后再层状叠加，且在单体结构的金字塔状结构中，金字塔的顶点/支撑杆的交点沿垂直于金字塔底面方向延伸出连接杆，并向上下或前后或左右延伸至与相邻的单体结构上的金字塔的顶点相连接。

11.具有权利要求1或权利要求6所述多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构的承压板架，其特征在于，包括多个单体结构，单体结构先阵列分布后再层状叠加，所述支撑杆由弹性或者塑形连杆制成，其中各支撑杆或边的交点处固定连接。

12.根据权利要求11所述的承压板架，其特征在于，所述支撑面上的支撑点依次通过弹性连杆或者塑形连杆相连构成多边形框架。

13.根据权利要求11所述的承压板架，其特征在于，所述支撑杆的外部包裹有高分子弹性层。

14.根据权利要求11所述的承压板架，其特征在于，所述单体结构的内部填充有弹性填料。

说明书

技术领域

本实用新型属于承压或支撑结构领域，尤其涉及一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构及其承压板架。

背景技术

在我们所常见的材料当中，其泊松比(Poisson's ratio)的范围，大部分都是在0到 0.5之间，然而大部分材料的泊松比则在0.2到0.4之间。尽管如此，仍然存在有少数的材料具有负泊松比(negative Poisson’s ratio)的性质，例如：单晶硫化矿(single crystal pyrite)的泊松比为-0.14。同时，从理论的观点来看，负泊松比的特殊性质早在1968年由 B.M.L利用弹性应变能理论所证明，同向性材料的泊松比范围为-1＜v＜0.5。而非同向性材料的泊松比范围则必须符合：v_ij≤(E_i/E_j)/2及v_ijE_j＝v_jiE_i的条件。传统材料当沿着一个方向拉伸时，其横截面会随着拉伸而减小。而对于负泊松比材料，横截面会随着拉伸而增大。受上述物理现象的启发，人们将适当角度的多层复合材料作对称排列，由于各层之间的牵制作用，便能造成在厚度方向的负泊松比效应，这一类材料的负泊松比效果亦非其本身的材料性质，而是由于复合材料薄板之间的多层效应。例如申请号为201310566039.5 的一种负泊松比结构部件，提供了一种用于衬套、悬挂以及缓冲块等的负泊松比结构，具有较好的载荷刚度以及动力特性，但其结构简单，整体的负载能力有限，且仅适用于单一方向的载荷处理，在复杂受力环境下无法良好应用。

承压板架是日常生活中经常涉及的结构，用于缓冲、防护等各个方面，出于减轻结构质量、提高结构性能的目的，人们设计了多种多样的产品和结构，但随着实际生活的需要以及人们对产品性能要求的不断提高，现有的结构或产品其性能或使用体验越来越无法满足使用者的要求，特别是传统的通过整体弹性变形等原理设计或者制造的承压板架，其受力后变形较大、极限负载较低，一旦超过其变形或者承载能力，将会发生结构或者材料破坏，同时在结构局部受力时无法有效分散载荷，因此常用的承压结构和产品经常发生局部或者内部结构材料挤压变形、破坏等问题，为解决上述问题，人们受负泊松比特性启发提出了许多具有负泊松比性能的结构，例如申请号为201310566039.5的一种用于车辆等其他应用中的负泊松比结构，具有质量轻、成本低、非线性动态响应好等特点，但其主要用于提高单一方向的承压变形能力，沿载荷作用力方向性能良好，但无法应对多方向的应力作用，且机构强度较低，受力时变形过大，对承载面的稳定性造成一定不利影响；申请号为 201610928511.9的一种用于化工、医疗、军事等领域的三维负泊松比周期性多孔材料，其具有多相负泊松比特性以及耗能和吸音效果，但由于其结构特性，在受力过程中，其第一类单体结构的上下层的十字结构会相互靠近，四周的弧形结构会向内弯曲，而第二类单体结构的上下层十字结构会相互远离，弧形结构则会向外弯曲，导致各层之间结构变化的方向以及变形量各不相同，第一类相互靠近的十字结构由于其间隔很近，因此留下的变形空间不足，容易发生第一类单体结构内部抵死，而第二类单体结构仍有较大变形空间的不均匀现象，在实际应用时，多层结构件相互作用力复杂，载荷分布不均匀，上述变形以及空间分布的局限性容易导致整体结构失去其承压变形的能力，各单体结构以及各层之间利用率差别过大，结构变形以及受力不均匀，不能有效利用全部资源，因此在载荷较大、载荷状况复杂的情形下不能较好的实现预期技术效果。

实用新型内容

本实用新型创造的目的在于，提供一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，及应用了该结构的承压板架。

为实现上述目的，本实用新型创造采用如下技术方案。

一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，包括至少一个单体结构，单体结构由顶部和底部的两个互相平行的支撑面，以及位于两个支撑面之间按照环形阵列均匀分布的多个连接面围成，环形阵列的中心线垂直于两个支撑面；支撑面与两个相邻且相交的连接面之间相交形成支撑点，支撑面由位于该面的所有支撑点围成；连接面由该连接面与相邻的另两个连接面的相交线在两个支撑面上形成的四个支撑点围成；在连接面上，支撑点向单体结构内部延伸出支撑杆，多个支撑杆另一端相交后与连接面形成金字塔状结构；在支撑面上，支撑点向单体结构内部延伸出支撑杆，多个支撑杆另一端相交后与连接面形成金字塔状结构。

一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，包括至少一个单体结构，单体结构由顶部和底部的两个互相平行的支撑面，以及位于两个支撑面之间按照环形阵列均匀分布的多个连接面围成，环形阵列的中心线垂直于两个支撑面；支撑面与两个相邻且相交的连接面之间相交形成支撑点，支撑面由位于该面的所有支撑点围成；连接面由该连接面与相邻的另两个连接面的相交线在两个支撑面上形成的四个支撑点围成；在连接面上，支撑点向单体结构内部延伸出支撑杆，多个支撑杆另一端相交后与连接面形成金字塔状结构。

本实用新型的一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，具有优良的物理性能与使用效果，包括：1、利用其特殊的单体结构实现负泊松比效应；2、提高结构的极限负载能力，该结构受压力后材料收缩，整体结构强度增强；3、优化夹层特性。在边界受约束的受力环境下，有效提高夹层板承压时的变形能力以及横剖面惯性矩，金字塔结构在受拉过程中产生外扩趋势，有效降低夹层板受拉后变薄的程度。负泊松比材料在弹性区的初始刚度小于正泊松比材料，且随着应变增大产生刚度增强效应，最终获得更高的平台应力，具有更强的能量吸收能力。

需要指出的是，上述两种方案采用了相同的设计思路，其结构相似，但由于其存在上下两个金字塔结构的关系，使得两种点阵结构的适用范围以及使用方法存在差异，其一，上下面不存在金字塔结构的点阵结构更加适应于承受垂直于支撑面的作用力且底部具有支撑的情形，利用其负泊松比性能体现出的结构变化特点，改善空间占用，优化结构变形能力，提高现有结构的灵活性与稳定性。其二，上下面具有两个金字塔结构的点阵结构更加适合作为两端受拉、支撑面受压的夹层板、支撑梁、承重板等梁/板状结构的夹芯层。当点阵结构两端受拉时，上下支撑面的金字塔结构存在外扩的趋势，使结构具备抵抗厚度方向变薄的能力。上述两个方案设计原理相通，但其利用的物理特性存在差异，使用场合以及体现的效果也不同，是同一个技术构思下的两个具有差异的方案。

对上述两种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构的进一步优化还包括，在金字塔状结构中，支撑杆的长度相等。支撑杆长度相等的金字塔结构(正多边金字塔)便于加工制作以及分析受力特性，在受到垂直于单体结构各端面的外力作用下物理特性好，适用于承受单一或者对称载荷的结构，例如常用的垂直或者水平支撑结构，包括拉杆、承重台等。

对上述两种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构的进一步优化还包括，在任意一个连接面上的金字塔状结构中，端点位于同一相交线(两个相交连接面的交线)上的支撑杆长度相等，端点位于不同相交线上的支撑杆长度相差0.05L₁～0.95L₁，其中L₁是指在相应金字塔状结构中由相邻连接面相交形成的边的长度。根据实际使用经验，在向单体结构在持续施加压力直至极限压缩过程中，金字塔状结构相互靠近，最后在塔尖处可能会相互抵住后产生材料变形破坏，因此在一定程度上限制了整体结构的变形能力，通过设置长度不等的支撑杆结构，能够使金字塔状结构在压缩过程中相互避开，提高结构的整体变形能力，提升了结构的压缩比以及承压能力。

对上述两种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构的进一步优化还包括，包括多个单体结构，单体结构先阵列分布后再层状叠加，且任意上下相邻的单体结构共用一个支撑面；任意前后或左右相邻的单体结构共用一个连接面。单一的点阵结构不利于实际使用，经过阵列叠加后形成的多体点阵结构能够进一步发挥单体结构的负泊松比效应，改善整体物理特性，适用于更加复杂的受力环境，更好地满足实际使用需求。

对上述两种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构的进一步优化还包括，包括多个单体结构，所述单体结构先阵列分布后再层状叠加，且金字塔状结构中，金字塔的顶点即支撑杆的交点沿垂直于金字塔底面方向延伸出连接杆，并向前后或左右延伸至相邻的单体结构上的金字塔的顶点。使用连接杆能够提高相邻单体结构之间的连接强度，同时提高整体结构受外力冲击时的变形以及恢复能力，相对于前述方案能够提高整体的抗挤压以及扭曲能力。

本实用新型还提供一种含有前述任意一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构的承压板架，包括多个单体结构，单体结构先阵列分布后再层状叠加，所述支撑杆由弹性或者塑性连杆制成，其中各支撑杆或边的交点处固定连接。基于前述空间点阵结构的承压板架，通过采用弹性或者塑性连杆制作支撑杆，使得承压能够实现点阵结构预期的物理特性，同时采用弹性或者塑性材料，还可以使得承压板架获得不同侧重点的使用效果：弹性材料具有较强的变形恢复能力，结合前述点阵结构能够扩大变形范围以及极限承载能力；塑性材料制作的承压板架适用于抵抗冲击，使得承压板架具有非牛顿液体相似的性能，有效防止瞬间冲击时板架的破坏。

对上述承压板架的改进还包括，所述支撑面上的支撑点依次通过弹性或者塑性连杆相连构成多边形框架。使用多边形框架能够使得支撑面获得抵抗变形能力，在承压结构上则表现为能够抵抗与支撑面平行的各项外力引起的变形，同时在承载过程中，上下支撑面的面积不会改变，保证了足够的支撑面积，以提高支撑稳定度。

对上述承压板架的改进还包括，所述支撑杆的外部设置有高分子弹性层。高分子弹性层能够能够提高杆结构的抵抗变形和破坏应力，在点阵结构不断压缩、各杆结构之间相互挤压过程中，弹性层能够随之变形以分散局部应力，降低承压结构被破坏的可能性，提高极限承载能力。

对上述承压板架的改进还包括，所述单体结构的内部填充有弹性填料。弹性材料可以改善内部受力，改善局部应力分布，进一步提高承压板架的承载能力。

其有益效果在于：

本实用新型提供的多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构及其承压板架具有良好的物理特性与广泛的应用前景；包括：

基于该结构可使用弹性材料制作支撑用承压结构，利用支撑杆之间相互作用能够有效提高承压的能力，在结构变形过程中充分分散结构应力，变形结束后整体结构呈负泊松比特性，支撑结构向点阵结构内侧形变，通过提高高应力部位的材料密度，从而提高整体的承压能力；

基于该结构可使用弹性或者塑性材料制作边界约束的承压结构(梁、平板等)，在横向承压过程中，位于上下支撑面上的支撑杆能够抵挡承压结构截面厚度变薄，，提高其承压能力。

基于该结构可使用塑性材料制作增强防护以及缓冲结构，具有质量轻便但强度高的特点，在接触冲击的瞬间能够产生一定量形变以缓冲瞬间冲击力，结构变形过程中，内部结构相互挤压后使缓冲结构收拢，高应力部位的相对密度不断增加，缓冲结构强度逐渐提高，实现动态缓冲、逐级抵消冲击力的效果，能够有效避免瞬间冲击破坏以及缓冲结构后续承载力下降等问题。

附图说明

图1是实施例一中一种单体点阵结构示意图；

图2是实施例一中单体点阵结构的一种改进结构示意图；

图3是实施例一中单体点阵结构的另一种改进结构示意图；

图4是图3的单体结构的在另一角度的示意图；

图5是实施例二中多体点阵结构示意图；

图6是实施例二中多体点阵结构的另一种改进结构示意图；

图7是实施例二中多体点阵结构在z向受压时的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图(有连接线结构/杆结构)；

图8是实施例二中多体点阵结构在z向受压时的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图(无连接线/杆结构)；

图9是实施例二中多体点阵结构在z向受压后的变形云图(有连接线结构/杆结构)；

图10是实施例二中多体点阵结构在z向受压后的变形云图(无连接线/杆结构)；

图11是实施例二中多体点阵结构在x向受拉时的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图(有连接线结构/杆结构)；

图12是实施例二中多体点阵结构在x向受拉时的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图(无连接线/杆结构)；

图13是实施例二中多体点阵结构在x向受拉后的变形云图(有连接线结构/杆结构)；

图14是实施例二中多体点阵结构在x向受拉后的变形云图(无连接线/杆结构)；

图15是实施例二中多体点阵结构在z向受极限压力载荷时的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图(有连接线结构/杆结构)；

图16是实施例二中多体点阵结构在z向受极限压力载荷时的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图(无连接线/杆结构)；

图17是实施例二中多体点阵结构在z向受极限压力载荷后的变形云图(有连接线结构 /杆结构)；

图18是实施例二中多体点阵结构在z向受极限压力载荷后的变形云图(无连接线/杆结构)；

图19是实施例三中承压板架受三向约束的受力以及变形趋势分解图之一；

图20是实施例三中承压板架受三向约束的受力以及变形趋势分解图之二；

图21是实施例三中六面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图；

图22是图21中结构施加载荷后的变形结果图；

图23是实施例三中四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图；

图24是图17中结构施加载荷后的变形云图；

图25是对六面和四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板截面厚度在z向收缩量随位置变化的变形结果进行对比的结果图；

图26是实施例三中六面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板的载荷施加方式与边界设置的仿真示意图；

图27是图20中结构施加载荷后的变形云图；

图28是对金字塔点阵夹层板和六面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板的下面板中心点在多个均布载荷作用下的变形结果进行对比的结果图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型创造作详细说明。

由背景技术中可知，随着人们在各种复杂环境以及应用场合需求的增加，传统的承压结构已经不能很好的满足实际需求，主要表现在结构强度不足，在受力不均匀或者受力状况复杂时难以保证整体结构的稳定，导致结构失效，特别是在一些冲击防护等场合下应用时容易产生不可恢复的损坏，对冲击的抵抗性较差。

基于实际需要，本实用新型提出了一种多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构，并基于该结构提出一种承压板架，以期能够解决现有结构的不足，本实用新型的点阵结构中至少包括一个单体结构，并根据实际应用需要，将该单体结构进行阵列层叠后形成结构或形状更复杂的多体点阵结构和承压板架的夹层结构。

以下结合具体实施方式进行介绍。

实施例一

如图1所示，本实用新型的一种单体结构的示意图如图1所示，该结构由顶部和底部的两个互相平行的支撑面，以及位于两个支撑面之间按照环形阵列均匀分布的多个连接面围成，环形阵列的中心线垂直于两个支撑面；支撑面与两个相邻且相交的连接面之间相交形成支撑点，支撑面由位于该面的所有支撑点(28a、28b、28c、28d)围成；连接面由该连接面与相邻的另两个连接面的相交线在两个支撑面上形成的四个支撑点(28a、28A、28b、 28B)围成；在支撑面以及连接面上，四个支撑点依次向单体结构内部延伸出支撑杆(29a、 29A、29b、29B)，四个支撑杆另一端相交后与连接面形成金字塔状结构。该多面内凹金字塔型负泊松比单体点阵结构具有良好的承压以及抵抗变形能力，在各方向受力(受力点通过支撑点进行作用)情况下均能够有效分散载荷，承载能力好，在瞬间冲击下防破坏能力较好。

如图2所示，与前一结构相似的一种单体结构不含有位于上下支撑面上的金字塔结构，这两种单体结构适用场合不同，虽然其基本结构仅相差两个金字塔结构，但物理特性差别明显，主要体现在，支撑面不含有金字塔的单体结构在垂直于支撑面上的变形能力得到释放，因此在受到垂直于支撑面上的作用力时，能够得到较大的变形以及恢复能力，在单向受力或者对向受力(受力方向平行相对)时更能够发挥承压性能，在作为支撑体、减震层等结构时使用效果好；支撑面含有金字塔的结构与前一结构的最大不同之处在于，两个金字塔结构使得单体结构获得防止支撑面扩张(支撑点相互远离)的能力，该特性能够使得该单体结构以及应用了该单体结构的板架(如夹层板、支撑板、桥梁等结构)在端面受力时能够有效避免厚度方向变薄，减少结构局部变形，提高结构的整体稳定性。

在受力时，负泊松比点阵结构内部将向结构高应力部位移动，局部瞬时相对密度会变大，能够表现出更强的抵御变形的能力，从而产生更高的压痕阻力。本实施例中，支撑杆29a、29A、29b、29B构成金字塔的四条边，在该单体结构受到朝向结构内部的载荷时，沿载荷方向，单体结构中支撑杆相互靠近，例如沿图1中上下方向承受载荷底部支撑时，支撑点28a、28b分别朝28A、28B运动，支撑杆29a和29A、29b和29B之间的夹角变小，29a 和29b、29A和29B之间的夹角变大，实现负泊松比效果，因此在该单体结构受到朝向结构内部的载荷，支撑面或连接面的支撑杆向单体结构内部收缩承压过程中，有效防止内部材料流向外侧，避免承压结构出现变宽减薄的现象，实际使用中载荷越大，结构高应力部位相对密度越高，结构硬度强度更高，因此该结构实现了根据载荷大小自动调节的功能，在不同载荷下持续保证稳定支撑性能。

特别的，本实施例中用于承受力的支撑点(上下方向受力的支撑点28a、28b、28c、 28d以及支撑点28A、28B、28C、28D)之间的距离在不受限制的情况下会自动增大，支撑面面积也随之增大。内部填充弹性填料的该类结构在受到冲击接触时，支撑面增大从而引起接触面增大，提高了结构的承压能力和抗冲击能力。

对实施例一方案的另一种改进，在该结构中，沿垂直于载荷施加方向的支撑面上的支撑点通过加强杆相连形成边框结构，在加强杆构成的边框的限制下，支撑面的面积不会改变，在前述使用情形之外，该结构形式能够提高结构极限载荷，增强其抵抗变形的能力。

对实施例一的进一步改进方案如图3、图4所示，与前述实施例方案不同的是，在该单体结构中，各连接面对应的金字塔结构并非对称的正金字塔结构，即图中四个支撑杆29a、 29A、29b、29B的长度并不完全相同，该改进方案的优点在于，在结构压缩过程中，金字塔的杆结构相互之间能够避开，因此能够增大支撑面之间的压缩空间，使整体结构的变形能力提高，适应于载荷变化范围较大或者安装空间较小的情形。特别的，图4中支撑杆29a 与29A长度相等，支撑杆29b和29B的长度相等，但两组支撑杆长度不等，通过该种结构能够使得金字塔变形倾斜过程中相互错开，且整体结构受力更均匀，物理性能更好。

实施例二

基于上述单体结构制作的多体点阵结构，是由多个实施例一中的单体结构经过阵列层叠后制作而成。

如图5的一种多体点阵结构，相邻的单体结构的支撑点共用。该多体点阵结构更加适应于承受垂直于支撑面的作用力且底部具有支撑的情形，利用其负泊松比性能体现出的结构变化特点，改善空间占用，优化结构变形能力，提高现有结构的灵活性与稳定性。基于该结构可使用弹性材料制作支撑用承压结构，在结构变形过程中充分分散结构应力，变形结束后整体结构呈负泊松比特性，支撑结构向点阵结构内侧形变，增大结构高应力部位的相对密度及强度，提高结构的变形能力。

进一步地改进如如图6所示，一种多体点阵结构，相邻的单体结构的支撑点共用，且底边重合的两个金字塔状结构的顶点通过连杆31a相连，由于连杆的存在，各单体结构之间的连接得到加强，根据实际需要，该多体点阵结构中的支撑杆以及连杆可使用多种不同材质进行加工制作。该结构的承压板架不仅在受到单向载荷时呈现负泊松比特性，还可以将其制作成板状应用于桥梁、支撑梁/板、承重梁/板等结构中，由于其两端固定，在横向受载时会受两端拉力的作用，板架结构厚度方向上的金字塔状结构和其顶点(如图中32a、 32b)具有相互远离的趋势，因此产生抵抗厚度变薄的能力，在较长的梁、板类结构中能够提高强度，从而提高结构的承载能力。

对上述方案的一种变形包括，在该多体点阵结构中删除了上下支撑面中的金字塔状结构以及连杆，并将支撑面上的支撑点通过加强杆相互连接。采用该结构能够在承压板架中形成统一的支撑面连接结构，增大了板架的横剖面惯性矩，提高结构整体强度和抗压能力，同时使结构整体变形更加均匀。当施加在统一支撑面上的载荷变化时，该承压板架各层能够平稳的统一上升或下降，提高结构平稳性。

基于实施例二内容，另附仿真数据对部分内容进行验证。

为便于了解多体点阵结构受压、受拉时体现的负泊松比效应以及极限承压载荷，使用 MSC.Patran对上述部分结构进行有限元建模，并使用MSC.Nastran进行有限元模拟。材料为线弹性本构模型，弹性模量E＝210GPa，泊松比υ＝0.3，密度ρ＝7850kg/m³。

为便于说明和计算多体点阵结构受压体现的负泊松比效应，定义该单元结构(或多个单元结构)的负泊松比υ_zx为x方向上的两相对金字塔顶点沿x方向的收缩量与结构在z方向的压缩量之比的负值。在六面金字塔有连杆结构和六面金字塔无连杆结构顶部均匀施加沿z负方向共10kN的压力点载荷，底端设置为固定约束，边界条件设置和结构的变形云图分别如图7-10所示。以下各图中，x方向水平向右为正，z方向垂直向上为正。将两种结构的上层、下层和整体结构在x方向的收缩量、z方向压缩量和负泊松比列入表1：

表1上层、下层和整体结构在x方向的收缩量、z方向压缩量和负泊松比

为便于说明和计算多体点阵结构受压时体现的负泊松比效应，定义该单体点阵结构(或多体点阵结构)的负泊松比υ_xz为z方向上的两相对金字塔顶点沿z方向的扩张量与结构在 x方向的伸长量之比的负值。同样地，对结构进行有限元仿真(材料参数与上文相同)。在六面金字塔有连杆结构和六面金字塔无连杆结构左侧沿x负向均匀施加共10kN的拉力点载荷，右侧设置为固定约束。边界条件设置和结构的变形云图分别如图11-14所示。将两种结构左层、右层和整体结构在x方向的拉伸量、z方向扩张量和负泊松比列入表2：

表2左层、右层和整体结构在x方向的拉伸量、z方向扩张量和负泊松比

为便于说明和计算结构的极限承载能力，定义单位质量极限承载载荷为结构极限承载能力的表征量。对结构进行有限元仿真(材料参数与上文相同)。对六面金字塔有无连杆点阵结构顶部沿z负方向施加某一速度，底端设置为固定约束，如图13-14所示。当结构中的某单元应变达到0.3时，可认为该单元失效，即结构的相应部位受到破坏，此时结构受力为极限载荷。计算得两种结构的单位质量极限承载载荷分别为110.479kN/kg、 99.126kN/kg。结构极限状态下的条件设置及其变形云图分别如图15-18所示。两种结构的极限载荷数据如下表所示

表3两种结构的极限载荷数据

基于上述原理和结构，本实用新型还提供多种点阵结构及其承压板架。

实施例三

本实施例用于说明上下支撑面含有金字塔结构的承压板架的物理特性及其应用范围。

如图19-20所示，在受到上方(z向)压力以及边界(x、y向)固定约束的三向作用时，基于前述点阵结构的承压板架会在弯曲的同时产生两种变形趋势，在整体结构向中心压缩的同时(图19)，向z向产生膨胀扩展的趋势(图20)，该趋势限制该支撑梁等结构的压缩变形，抵抗厚度减小，提高结构的横剖面惯性矩。六面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板中存在实例二中所述的两种负泊松比效应。

如图21、图22、图23、图24中所示，以六面和四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板进行有限元仿真，对梁杆采用梁单元，对上下面板采用壳单元。结构的材料参数与实施例二相同。两边设置为固定约束，对上面板施加10Mpa均布载荷。取图中方框所示的板中心和板边缘的两个单体结构，分别为单体6A/4A和单体6B/4B。将两种单体结构在x、z 向的收缩量列如下表4。(由于4A、4B不存在上下金字塔结构，所以不存在z向收缩量)

表4六面和四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板中单体结构的收缩量

由上表可知，6A、6B在x、z向均存在收缩，即产生负泊松比效应，且由于6A处在板中心，z向压缩量最大，负泊松比υ_zx也最小。对比6B和4B，6B的x向收缩量明显小于 4B，说明6B存在侧向膨胀，使单体结构x向的收缩量减小。

以夹层板在z向的收缩量表征结构侧向膨胀的能力，其值随所处位置的变化曲线如图 25所示。六面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板在各个位置的z向收缩量始终小于四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板，这说明六面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层板存在侧向膨胀效应从而有效地降低板架变薄的程度。

为充分研究本实用新型所涉及的承压板架在复杂载荷作用下抵抗变形的能力，以现有夹层板与本实用新型的金字塔点阵夹层板为参照对象，对两种夹层板在多个压力值下的变形情况进行仿真研究。对上面板施加10Mpa-100MPa均布载荷，材料参数与其他边界条件与上文一致。边界条件设置与变形云图如图26、27所示。

以下面板中心点在z向的位移表征板架抵抗变形能力。下面板中心点在z向的位移(即受力后的变形量)随载荷的变化关系如图28所示。从图中可知，本实用新型提供的六面内凹金字塔型负泊松比结构在相同的均布压力数据下变形量约为金字塔点阵夹层板的34％，具有更好的抵抗变形的能力。

在上述承压板架的基础上，结合其受力时的变形以及内部结构的运动特点，本实用新型还提供用进一步增强其物理特性以使其获得更好的应用效果的优选技术方案，包括：

利用弹性或者塑性连杆制作支撑杆以及/或者连接杆，利用各杆结构自身的变形能力进一步提高结构抵抗变形能力以及恢复效果，扩大结构的应用范围；

为避免承压机构受压后，各杆结构相互挤压后破坏，在支撑线等杆结构的外部设置高分子弹性层，在变形过程中利用高分子弹性层缓冲受力并提高支撑强度；

在极限压缩时(耐冲击防护材料中)利用变形后的弹性层填充内部空间间隙，提高相对密度以及材料均匀性，提高结构耐冲击、耐破坏能力。

需要说明的是，在上述实施例中，单体结构均是以四周有四个连接面的立方体形式进行表示，在实际应用中，还可以根据需要设置为含有不同数目连接面的单体结构形式，例如使用三个以及四个以上连接面的结构来构造点阵结构、使用多种不同的单体结构或组合方案进行组合得到局部物理特性不相同的承压板架等，其原理以及物理性能是可以预见的。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型创造作进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型创造技术方案的实质和范围，上述模拟仿真方案以及结论可以通过相应模拟仿真方案或其他软件进行一致性检验。为避免繁琐，前述内容仅选择说明书的多种方案中比较有代表性的方案进行模拟验证，其他相应结构以及方案也可以以相同方式进行验证。

多面内凹金字塔型负泊松比空间点阵结构及其承压板架专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。