(19)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(10)授權(quán)公告號(hào)CN112420134B(65)同一申請(qǐng)的已公布的文獻(xiàn)號(hào)(73)專利權(quán)人廣州大學(xué)地址510006廣東省廣州市番禺區(qū)大學(xué)城外環(huán)西路230號(hào)(72)發(fā)明人藍(lán)林華富明慧陳明明黃澤彬(74)專利代理機(jī)構(gòu)廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245專利代理師鄭浦娟審查員張馳(54)發(fā)明名稱泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法本發(fā)明公開了一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，方法包括首先選擇不同的三角形單元幾何參數(shù)和材料組合，設(shè)計(jì)一個(gè)基于三種材料的三角形單元，然后采用兩個(gè)相同的三角形單元拼成一個(gè)平行四邊形，基于四個(gè)相同的平行四邊形構(gòu)建成一個(gè)三維胞元；再將三維胞元沿著水平直桿所在的方向周期排列，沿著另外兩個(gè)方向反復(fù)鏡像，最終得到三維桁架結(jié)構(gòu)；接著對(duì)三維桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)三維胞元進(jìn)行力學(xué)分析，通過位移法和單位載荷法求出該三維桁架結(jié)構(gòu)的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式，基于等效公式即計(jì)算出對(duì)應(yīng)的泊松比和熱膨脹系數(shù)。本發(fā)明通過選擇合理的幾何參數(shù)和材料組21.一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、設(shè)計(jì)一個(gè)三角形單元，該三角形單元的最長(zhǎng)桿和兩條斜桿分別具有對(duì)應(yīng)的桿長(zhǎng)度且分別由三種材料構(gòu)成；S2、采用兩個(gè)相同的三角形單元拼成一個(gè)平行四邊形，然后基于四個(gè)相同的平行四邊形構(gòu)建成一個(gè)三維胞元；S3、以三維胞元底面的平行四邊形其中一條邊所在方向作為左右方向，將三維胞元沿著該方向周期排列，沿著與該方向相垂直的前后方向和上下方向反復(fù)鏡像，最終得到三維桁架結(jié)構(gòu)；S4、對(duì)三維桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)三維胞元進(jìn)行力學(xué)分析，通過位移法和單位載荷法求出該三維桁架結(jié)構(gòu)的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式；步驟S4的過程具體為：從三維桁架結(jié)構(gòu)切出一個(gè)三維胞元，以該三維胞元的形心作為原點(diǎn)0,以三維胞元底面的一個(gè)三角形單元的其中一條斜桿所在方向定義為z軸，建立笛卡爾坐標(biāo)系，笛卡爾坐標(biāo)系的y軸在水平面上與z軸相垂直，笛卡爾坐標(biāo)系的x軸在豎直面上與z軸相垂直；對(duì)三維胞元在x軸方向上的上下兩個(gè)表面施加位移，計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量；對(duì)三維胞元在y軸方向上的前后兩個(gè)表面施加位移，計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量，根據(jù)胞元的變形對(duì)稱關(guān)系，x軸方向和y軸方向的等效參數(shù)相同；對(duì)三維胞元位于z軸方向的斜桿的左右兩個(gè)端點(diǎn)施加位移，計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量；在溫度變化的情況下，對(duì)三維胞元施加單位荷載，計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移和溫度求出三維胞元的等效熱膨脹系數(shù)；其中，t為溫度的變化量；L?是最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度；δ為承受載荷的端點(diǎn)因溫度變化引起的④是兩條斜桿的夾角；0是最長(zhǎng)桿和第一斜桿的夾角；S5、當(dāng)需要設(shè)計(jì)三維結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇三角形單元幾何參數(shù)和材料組合，根據(jù)步驟S1～S3構(gòu)建具有對(duì)應(yīng)泊松比和熱膨脹系數(shù)的三維結(jié)構(gòu)，基于步驟S4的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的泊松比和熱膨脹系數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，對(duì)胞元在x方向的上下兩個(gè)表面，y方向的前后兩個(gè)表面以及z方向的左右兩個(gè)端點(diǎn)分別3和第一斜桿的夾角；u是胞元底面的平行四邊形3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在上下兩個(gè)表面的平行四邊形中同時(shí)連接兩條斜桿的端點(diǎn)沿z軸負(fù)向移動(dòng)的距離；w是連接上下兩個(gè)表面的平行四邊形中同時(shí)連接最長(zhǎng)桿和第二斜桿的端點(diǎn)沿z軸正向移動(dòng)的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)θ=90°,0<φ<15°或φ=90°,0<θ<17°時(shí)，構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)的泊松比為0。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在~6中任一項(xiàng)所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法構(gòu)建而成。48.一種計(jì)算設(shè)備，包括處理器以及用于存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)器，其特征在于，所述處理器執(zhí)行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。5泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及三維結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。背景技術(shù)[0002]負(fù)泊松比材料在拉伸時(shí)橫向膨脹，壓縮時(shí)橫向收縮，由于其獨(dú)特的性能，使其在許多方面都具有其他材料無法比擬的優(yōu)勢(shì)。并且負(fù)泊松比材料的剪切模量、壓痕阻力和斷裂阻力等物理力學(xué)性能有著很大的提升空間。[0003]負(fù)熱膨脹材料是指在一定的溫度范圍隨著溫度的變化反常膨脹的一類材料，有著與一般熱脹冷縮材料相反的特性。通過膨脹系數(shù)異性的材料的摻雜復(fù)合，制備出熱膨脹系數(shù)可控或者膨脹系數(shù)接近于0的材料。[0004]與負(fù)泊松比類似，負(fù)熱膨脹材料的熱膨脹系數(shù)在一定溫度范圍內(nèi)為負(fù)值。由于天然的負(fù)熱膨脹材料非常稀少，而且力學(xué)性能往往難以滿足工程需求，于是學(xué)者們嘗試由兩種或多種正膨脹材料制備負(fù)熱膨脹材料，這其中又以輕質(zhì)材料為主。輕質(zhì)負(fù)熱膨脹材料，按其細(xì)觀結(jié)構(gòu)熱膨脹變形特點(diǎn)可分為彎曲主導(dǎo)型和拉伸主導(dǎo)型兩大類。彎曲主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)依靠桿件發(fā)生彎曲變形從而實(shí)現(xiàn)熱膨脹調(diào)控。拉伸主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)每根桿件發(fā)生軸向拉壓變形而相較于彎曲主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)異的力學(xué)性能。[0005]盡管學(xué)者們?cè)谪?fù)泊松比材料和負(fù)熱膨脹材料上做了許多研究，但到目前為止，現(xiàn)存的絕大多數(shù)材料在負(fù)泊松比和負(fù)熱膨脹之間只能實(shí)現(xiàn)一種，只有少數(shù)學(xué)者設(shè)計(jì)出既能實(shí)現(xiàn)負(fù)泊松比又能實(shí)現(xiàn)負(fù)熱膨脹的材料，例如，Joseph等人設(shè)計(jì)了具有負(fù)泊松比和負(fù)熱膨脹的三角形結(jié)構(gòu)。AiandGao等人設(shè)計(jì)了具有負(fù)泊松比和非正熱膨脹的結(jié)構(gòu)。Ha等人設(shè)計(jì)了熱膨脹可控、泊松比接近-1的結(jié)構(gòu)。Fang等人設(shè)計(jì)了一種耦合負(fù)熱膨脹和負(fù)泊松比的胞元結(jié)構(gòu)。但泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的結(jié)構(gòu)仍未有研究出來。發(fā)明內(nèi)容[0006]本發(fā)明的第一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，該方法可通過選擇合理的幾何參數(shù)和材料組合，實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)控三維力學(xué)超材料的泊松比和熱膨脹系數(shù)。[0007]本發(fā)明的第二目的在于提供一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)。[0008]本發(fā)明的第三目的在于提供一種計(jì)算設(shè)備。[0009]本發(fā)明的第一目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：[0010]S1、設(shè)計(jì)一個(gè)三角形單元，該三角形單元的最長(zhǎng)桿和兩條斜桿分別具有對(duì)應(yīng)的桿長(zhǎng)度且分別由三種材料構(gòu)成；[0011]S2、采用兩個(gè)相同的三角形單元拼成一個(gè)平行四邊形，然后基于四個(gè)相同的平行四邊形構(gòu)建成一個(gè)三維胞元；6[0012]S3、以三維胞元底面的平行四邊形其中一條邊所在方向作為左右方向，將三維胞元沿著該方向周期排列，沿著與該方向相垂直的前后方向和上下方向反復(fù)鏡像，最終得到三維桁架結(jié)構(gòu)；[0013]S4、對(duì)三維桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)三維胞元進(jìn)行力學(xué)分析，通過位移法和單位載荷法求出該三維桁架結(jié)構(gòu)的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式；[0014]S5、當(dāng)需要設(shè)計(jì)三維結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇三角形單元幾何參數(shù)和材料組合，根據(jù)步驟S1~S3構(gòu)建具有對(duì)應(yīng)泊松比和熱膨脹系數(shù)的三維結(jié)構(gòu)，基于步驟S4的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的泊松比和熱膨脹系數(shù)。[0016]從三維桁架結(jié)構(gòu)切出一個(gè)三維胞元，以該三維胞元的形心作為原點(diǎn)0,以三維胞元底面的一個(gè)三角形單元的其中一條斜桿所在方向定義為z軸，建立笛卡爾坐標(biāo)系，笛卡爾坐標(biāo)系的y軸在水平面上與z軸相垂直，笛卡爾坐標(biāo)系的x軸在豎直面上與z軸相垂直；[0017]對(duì)三維胞元在x軸方向上的上下兩個(gè)表面施加位移，計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量；[0018]對(duì)三維胞元在y軸方向上的前后兩個(gè)表面施加位移，計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量，根據(jù)胞元的變形對(duì)稱關(guān)系，x軸方向和y軸方向的等效參數(shù)相同；[0019]對(duì)三維胞元位于z軸方向的斜桿的左右兩個(gè)端點(diǎn)施加位移，計(jì)算三維胞元在x、y、Z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量；向上產(chǎn)生的位移，基于位移和溫度求出三維胞元的等效熱膨脹系數(shù)。[0021]更進(jìn)一步的，對(duì)胞元在x方向的上下兩個(gè)表面，y方向的前后兩個(gè)表面以及z方向的左右兩個(gè)端點(diǎn)分別施加位移后，得到胞元等效楊氏模量為：[0023]其中，E?為胞元在z方向上的等效楊氏模量；E為胞元在x方向上的等效楊氏模量；E,為胞元在y方向上的等效楊氏模量；以作為z軸的斜桿作為第一斜桿，三角形單元另一條斜桿作為第二斜桿，N?是第二斜桿的軸力；N?是最長(zhǎng)桿的軸力；④是兩條斜桿的夾角；0是最長(zhǎng)桿和第一斜桿的夾角；u是胞元底面的平行四邊形沿著x軸正向移動(dòng)的距離；L?是第一斜桿的長(zhǎng)度；E?是第一斜桿的楊氏模量；A?是第一斜桿的橫截面積的四倍。[0024]更進(jìn)一步的，沿著胞元在x方向的上下兩個(gè)表面同時(shí)施加位移后，得到泊松比等效公式為：7是連接上下兩個(gè)表面的平行四邊形中同時(shí)連接兩條斜桿的端點(diǎn)沿z軸負(fù)向移動(dòng)的距離；wA是連接上下兩個(gè)表面的平行四邊形中同時(shí)連接最長(zhǎng)桿和第二斜桿的端點(diǎn)沿z軸正向移動(dòng)的[0033]更進(jìn)一步的，當(dāng)θ=90°,0<φ<15°或φ=90°,0<θ<17°時(shí)，構(gòu)建的三維8[0037]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：[0038](1)本發(fā)明提出了泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，基于三材料的三角形單元設(shè)計(jì)一種可調(diào)節(jié)負(fù)泊松比和熱膨脹系數(shù)的三維結(jié)構(gòu)，對(duì)于該結(jié)構(gòu)，通過合理的幾何參數(shù)和材料組合，可以實(shí)現(xiàn)三維負(fù)泊松比和雙向負(fù)熱膨脹，且三維結(jié)構(gòu)的泊松比和熱膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)方式也簡(jiǎn)單方便，能夠?yàn)橥瑫r(shí)具有溫度敏感性和機(jī)械敏感性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。[0039](2)對(duì)于本發(fā)明構(gòu)建的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)，本發(fā)明給出了楊氏模量、泊松比以及熱膨脹系數(shù)等效公式，且還計(jì)算出了實(shí)現(xiàn)零泊松比和零熱膨脹的幾何參數(shù)條件和材料組合條件，有利于高性能三維力學(xué)超材料的研究。附圖說明[0040]圖1為基于三角形單元設(shè)計(jì)三維桁架結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，(a)圖為由兩個(gè)三角形單元拼成的平行四邊形的示意圖；(b)圖為三維胞元的示意圖；(c)圖為四個(gè)胞元構(gòu)成的三維桁架結(jié)構(gòu)的示意圖。[0041]圖2為三維胞元基本計(jì)算參數(shù)的示意圖。[0042]圖3為施加位移情況下三維胞元的變形示意圖。[0043]圖4為沿垂直于x軸的方向切開胞元的示意圖。[0044]圖5為沿垂直y軸方向切開胞元的示意圖。[0045]圖6為沿垂直z軸方向切開胞元的示意圖。[0046]圖7為沿z軸方向切開四分之一胞元的示意圖。[0047]圖8為在使胞元實(shí)現(xiàn)負(fù)熱膨脹時(shí)，三角形單元基本計(jì)算參數(shù)的示意圖。[0048]圖9～圖10為在使胞元實(shí)現(xiàn)負(fù)熱膨脹時(shí)，對(duì)三角形單元進(jìn)行單位載荷法的示意圖。[0049]圖11～圖13為本發(fā)明實(shí)施例1中第一組參數(shù)下的泊松比vxy,xz,Yzx、楊氏模量E,E?及熱膨脹系數(shù)a,a的數(shù)值仿真驗(yàn)證結(jié)果NR和公式計(jì)算結(jié)果AR的對(duì)比圖。[0050]圖14~圖16為本發(fā)明實(shí)施例1中第一組參數(shù)下的泊松比vxy,xz,Yzx、楊氏模量E,E?及熱膨脹系數(shù)a,a的數(shù)值仿真驗(yàn)證結(jié)果NR和公式計(jì)算結(jié)果AR的對(duì)比圖。[0051]圖17和圖18分別為當(dāng)θ=90°時(shí)，4對(duì)結(jié)構(gòu)泊松比vx,和彈性模量E,E,的影響示意[0052]圖19和圖20分別為當(dāng)φ=90°時(shí)，θ對(duì)結(jié)構(gòu)泊松比v和彈性模量E,E,的影響示意[0053]圖21為x軸和y軸方向?qū)崿F(xiàn)零熱膨脹的示意圖。具體實(shí)施方式[0054]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限[0056]本實(shí)施例公開了一種泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，通過該三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可構(gòu)建出各類三維結(jié)構(gòu)，例如三維零泊松比結(jié)構(gòu)，在x軸和y軸方向零熱膨脹系數(shù)的三維結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：9[0057]S1、設(shè)計(jì)一個(gè)三角形單元，該三角形單元的最長(zhǎng)桿和兩條斜桿分別具有對(duì)應(yīng)的桿長(zhǎng)度且分別由三種材料構(gòu)成。[0058]S2、采用兩個(gè)相同的三角形單元拼成一個(gè)平行四邊形，可參見圖1中的(a)圖，然后見圖1中的(b)圖以及圖2。[0059]如圖2所示，胞元具有三類不同長(zhǎng)度的桿，第一類為三角形單元其中一條斜桿AD、數(shù)分別為E?、α?。定義兩條斜桿的夾角為9,例如∠ABC=φ;,彈性模量和熱膨脹系定義最長(zhǎng)桿和第一斜桿[0060]S3、以三維胞元底面的平行四邊形其中一條邊所在方向作為左右方向，將三維胞元沿著該方向周期排列，沿著與該方向相垂直的前后方向和上下方向反復(fù)鏡像，最終得到三維桁架結(jié)構(gòu)，例如圖1中的(c)圖所示的由四個(gè)胞元構(gòu)成的三維桁架結(jié)構(gòu)。[0061]S4、對(duì)三維桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)三維胞元進(jìn)行力學(xué)分析，通過位移法和單位載荷法求出該三維桁架結(jié)構(gòu)的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式：[0062](1)首先，從三維桁架結(jié)構(gòu)切出一個(gè)三維胞元，以該三維胞元的形心作為原點(diǎn)0,以該三維胞元底面的一個(gè)三角形單元的其中一條斜桿所在方向定義為z軸，建立笛卡爾坐標(biāo)系，笛卡爾坐標(biāo)系的y軸在水平面上與z軸相垂直，笛卡爾坐標(biāo)系的x軸在豎直面上與z軸相[0063](2-1)對(duì)三維胞元在x軸方向上的上下兩個(gè)表面施加位移，可參見圖3,計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量。[0064](2-2)對(duì)三維胞元在y軸方向上的前后兩個(gè)表面施加位移，可參見圖3,計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏C'、D'沿著x,y,z軸方向上的位移，如圖3所示，平行四邊形BB’C'C沿著x四邊形AA’D'D沿著x軸負(fù)向移動(dòng)u。根據(jù)胞元的v,平行四邊形A'B'C'D’沿著y軸負(fù)向移動(dòng)v。各點(diǎn)沿著z軸方向的位移w有如下關(guān)系：[0070]如圖4所示，沿著垂直于x軸方向切開胞元。如圖5所示，沿著垂直于y軸方向切開胞都是可以根據(jù)圖3整體胞元的受力特性及平衡條件直接得到。[0071]綜上所述，可以得到方程組如[0073]聯(lián)立上述方程組(3)和各桿軸力表達(dá)式(2),可以解耦出wA、Wg、V。[0077]當(dāng)對(duì)胞元在x方向的上下兩個(gè)表面同時(shí)施加位移后，泊松比等效公式為：[0079]其中，vxy是胞元在x、y軸方向的等效泊松比；vx?是胞元在x[0080]當(dāng)胞元如圖4所示沿著垂直于x軸方向切開時(shí)，x方向的應(yīng)力o表示為：[0082]對(duì)胞元在x方向的上下兩個(gè)表面，y方向的前后兩個(gè)表面分別施加位移后，胞元等效楊氏模量為：[0084]其中，E,為胞元在y方向上的等效楊氏模量；E為胞元在x方向上的等效楊氏模量。[0085](2-3)對(duì)三維胞元位于z軸方向的斜桿的左右兩個(gè)端點(diǎn)施加位移，可參見圖3,計(jì)算三維胞元在x、y、z軸三個(gè)方向上產(chǎn)生的位移，基于位移求出三維胞元的等效泊松比以及等效楊氏模量。[0088]聯(lián)立上述方程組(8)和各桿軸力表達(dá)式(2),可解得：[0092]胞元在z、x軸方向的等效泊松比vzx(也即泊松比等效公式)為：[0094]如圖6所示，沿著垂直于z軸[0096]胞元在z方向上的等效楊氏模量E?為：如圖2所示，根據(jù)胞元的變形對(duì)稱關(guān)系，胞元在x方向和y方向的等效熱膨脹系數(shù)上的原長(zhǎng))得到公式(17):=-a?cotθcotφ+α?cosθcscφcsc(θ+φ)+a?cscθcosφcsc(θ+[0128]從圖17～圖20可知，當(dāng)θ=90°,0<φ<15°或φ=90?,0<θ<17°時(shí)，-0.01[0129](II)當(dāng)需要進(jìn)行x軸和y軸[0131]最終根據(jù)公式(23),得出兩種實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)在x軸方向和y軸方向零熱膨脹的特殊[0134]把(此時(shí)三角形單元為直角三角形結(jié)構(gòu))代入公式(23),可以得到：方向?yàn)榱銦崤蛳禂?shù)的三維結(jié)構(gòu)。[0137]例如，這里使用數(shù)值仿真第一組的材料參數(shù)α?=α?=1.22×10??/℃,a?=2.32×10??/℃,可得出α<0、α=0、α>0的數(shù)據(jù)可視化情況，如圖21所示，圖21橫坐標(biāo)為θ,縱坐標(biāo)[0138]實(shí)施例2[0139]本實(shí)施例公開了一種計(jì)算設(shè)備，包括處理器以及用于存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)器，所述處理器執(zhí)行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)施例1所述的泊松比和熱膨脹系數(shù)可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，具體如下：[0140]S1、設(shè)計(jì)一個(gè)三角形單元，該三角形單元的最長(zhǎng)桿和兩條斜桿分別具有對(duì)應(yīng)的桿長(zhǎng)度且分別由三種材料構(gòu)成；[0141]S2、采用兩個(gè)相同的三角形單元拼成一個(gè)平行四邊形，然后基于四個(gè)相同的平行四邊形構(gòu)建成一個(gè)三維胞元；[0142]S3、以三維胞元底面的平行四邊形其中一條邊所在方向作為左右方向，將三維胞元沿著該方向周期排列，沿著與該方向相垂直的前后方向和上下方向反復(fù)鏡像，最終得到三維桁架結(jié)構(gòu)；[0143]S4、對(duì)三維桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)三維胞元進(jìn)行力學(xué)分析，通過位移法和單位載荷法求出該三維桁架結(jié)構(gòu)的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式；[0144]S5、當(dāng)需要設(shè)計(jì)三維結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇三角形單元幾何參數(shù)和材料組合，根據(jù)步驟S1~S3構(gòu)建具有對(duì)應(yīng)泊松比和熱膨脹系數(shù)的三維結(jié)構(gòu)，基于步驟S4的彈性參數(shù)和熱膨脹系數(shù)的等效公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的泊松比和熱膨脹系數(shù)。[0145]本實(shí)施例中所述的計(jì)算設(shè)備可以是臺(tái)式電腦、筆記本電腦、智能手機(jī)、PDA手持終端、平板電腦或其他具有處理器功能的終端設(shè)備。[0146]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。圖2圖31/13頁圖5DC圖7AaθBCB4/13頁4/13