学术前沿 | 一种具有不稳定性调节的多步拉胀超材料

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-12 21:03

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机械超材料非常需要稳定的变形模式，特别是与负泊松比结合时。然而，此类超材料通常面临大变形或应变的可扩展性方面的挑战。作为回应，我们提出了一种多步骤分层拉胀超材料设计范式，将一系列具有相同比例因子的逐渐缩小的结构纳入可重入框架中。这种设计能够实现不稳定性调节和多步变形能力，同时即使在显着应变下也能保持拉胀行为。这种多阶超材料表现出优异的性能，包括定制的多相压缩模量和强度，以及增强的能量吸收能力，高达原始拉胀超材料的2.1倍。实验和模拟表明，所提出的多步拉胀的变形机制和压缩响应受到内部结构的折减系数和阶数的强烈影响。一个特别有趣的观察结果是，即使存在显着的初始不稳定性，嵌入微结构的结合也可以恢复稳定的变形，特别是在折减系数为的情况下。在高相对密度下，与其他结构相比，其特定能量吸收能力突出，凸显了可恢复屈曲机制的成功。这项工作为设计用于抗冲击和身体保护的多步机械超材料铺平了道路。

在这里，我们提出了一种新的策略来设计和制造一类生长超材料，其特征是延长生长行为的持续时间，调节不稳定性，和提高能量吸收。并对其有效的力学性能进行了数值计算和实验研究。结果表明，所提出的多步辅助材料的变形机理和压缩响应受到还原因子和图12的强烈影响。结构右侧指定位置的位移分别对应于水平方向和垂直方向的正方向向右侧和向上方向的运动。内部结构的顺序。值得注意的是，当降低因子为1∕3时，非线性屈曲行为可以被完全抑制。此外，我们很感兴趣地观察到，包含嵌入的微观结构可以恢复稳定的变形，即使是存在显著的初始不稳定性，特别是当还原因子为1∕4和1∕5时。此外，在相对密度为0.2时，样品S-1/5A的SEA比其他构型更突出，突出了可恢复屈曲机制的成功。同时，多步辅助学通常表现出多相压缩模量和强度。具体来说，它们的低阶模量和强度只是OA的一小部分，而其高阶压缩特性是OA的几倍。观察到的异常应力水平，在以相同相对密度的弯曲或拉伸为主的结构中是不匹配的，突出了它们在抗冲击和身体保护方面的巨大潜力。

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