学术前沿 | 具有可调多稳定机械性能的3D负泊松比超材料

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-22 21:28

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多稳定机械超材料因其独特的机械行为，包括快速翻转能力、可变刚度和可恢复的缓冲特性，已被广泛研究。类似地，负泊松比超材料以其均匀分布应力、高效能量吸收以及承受复杂载荷条件的能力著称，在开发更安全、更耐用和更高效的材料方面具有巨大的潜力。尽管该领域取得了显著进展，但一个关键挑战仍未解决：即如何有效地将多稳定性和负泊松比特性集成到三维（3D）机械超材料中。尤其是如何实现结合负泊松比和多稳定状态优势的可编程、可调方向行为，这一集成尚未得到充分探索。在本文中，我们提出了一种由各向同性双稳负泊松比块（BABs）组成的三维机械超材料，这些块通过双材料3D打印技术制造而成。我们建立了机械模型，以评估几何参数对BAB机械响应的影响，并通过数值模拟和实验结果验证了模型的准确性。通过组装这些提出的BABs，我们展示了可以设计和制造具有多稳定负泊松比行为的三维机械超材料。我们的结果表明，这些超材料在施加载荷下表现出顺序变形，并具有可编程的机械性能。这些发现为设计和开发具有可编程机械行为的三维多稳定负泊松比超材料开辟了新的途径，具有在能量吸收、可展开结构、软体机器人等领域的潜在应用。

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