科创中国
一种双材料双层曲梁负刚度多稳态吸能结构
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2026-03-26 13:20:31
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2026-03-26 13:20:31
本申请公开了一种双材料双层曲梁负刚度多稳态吸能结构，涉及力学超材料打印技术领域。能够解决现有负刚度多稳态超材料峰值力高、吸能效率低的问题。该多稳态吸能结构包括多个胞元；胞元包括第一曲梁、第二曲梁、上水平支撑梁和下水平支撑梁；上水平支撑梁的下表面上设有中间连接梁；下水平支撑梁的上表面上设有两个侧边连接梁；第一曲梁的中部连接在中间连接梁上，两端连接在侧边连接梁上；第二曲梁位于第一曲梁的下方且与第一曲梁的弯曲方向相同，第二曲梁的中部通过第一嵌合结构连接在中间连接梁上，两端通过第二嵌合结构连接在侧边连接梁上；第一曲梁采用硬质材料，第二曲梁采用软质材料。本申请用于提升负刚度多稳态超材料的性能。
该吸能结构的技术核心在于“双材料构型-负刚度机制-多稳态设计”三位一体协同。上层采用高弹性模量材料（如碳纤维增强复合材料）形成预弯曲梁，下层采用低模量高韧性材料（如聚氨酯弹性体）作为基体层，通过界面共固化工艺形成整体结构。在压缩载荷下，上层梁发生屈曲变形，下层基体提供非线性恢复力，共同产生负刚度效应，使结构在较宽位移范围内维持接近恒定的平台力。通过调整曲率半径、层厚比与材料配比，可实现多个稳态构型，结构可在不同稳态间切换以耗散能量。有限元分析与试验验证表明，该结构在重复加载下仍保持稳定的吸能性能。
该双材料双层曲梁负刚度多稳态吸能结构可广泛应用于航空航天器着陆缓冲、汽车碰撞吸能、高速列车被动安全、精密仪器减振防护及人体防护装备等领域。特别适用于需要轻量化、可重复使用及多向冲击防护的场景，如无人机紧急迫降、电动汽车电池包底部防护及直升机座椅抗坠毁设计。随着运载工具对轻量化与安全性双重要求的提升，对高效、可回复吸能结构的需求持续增长。该技术还可拓展至建筑抗震、桥梁减震及运动防护器材等领域，具备广阔的市场前景。
燕山大学源于哈尔滨工业大学，始建于1920年。学校秉承“厚德、博学、求是”的校训，现已发展成为一所以工为主，以重型机械及装备为优势，多学科协调发展的全国重点大学。学校是河北省人民政府、教育部、工业和信息化部、国家国防科技工业局四方共建高校。燕山大学在材料科学与工程、机械工程等学科领域享有盛誉，拥有多个国家级重点实验室和工程技术研究中心。学校注重科学研究与技术创新，在重型机械成套设备、亚稳材料科学与技术等领域取得了丰硕成果，培养了大批高素质专业人才，为国家经济社会发展和科技进步做出了重要贡献。
本成果产生的效益显著。安全效益上，高效吸能特性显著降低冲击峰值力，有效保护内部乘员或精密设备免受损伤；可回复特性使结构在多次冲击后仍保持防护能力，避免了单次使用后需更换的维护负担。轻量化效益上，单位质量吸能效率提升使吸能部件重量减轻30%以上，对航空航天与电动汽车具有显著的减重节能效果。经济效益上，结构设计灵活，可采用模压或3D打印工艺批量制造，成本可控；可回复使用特性降低了全生命周期维护成本。技术效益上，为负刚度多稳态结构设计提供了双材料协同新范式。产业层面，增强了我国在先进防护材料与结构设计领域的自主创新能力与国际竞争力。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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