学术前沿 | 具有高刚度和能量吸收的新型三重周期最小表面骨骼基质超材料的大变形响应。

在这项研究中，介绍了一种具有稳定非弹性变形的TPMS新型骨格超材料。对其有效机械性能和大的变形响应进行了数值和实验研究。结果表明，提出的Dprime骨格在弹性刚度和各向同性方面优于传统基于支柱的骨格。在考虑的相对密度范围内，Dprime骨格超材料在宏观上保持均匀变形，而不是像其他测试骨格中观察到的局部塌陷，并在介观尺度上表现出扭转型变。塑性变形主要分布在节点区域，而不是传统基于支柱的骨格中的支柱，如传统基于支柱的骨格中的检测。因此，无论基体材料的塑性行为如何，Dprime骨格都表现出稳定的应变响应，具有优越的刚度和能量吸收能力。

总之，提出的Dprime骨格克服了传统拉伸主导和弯曲主导的基于支柱的骨格的缺点。从实际应用的角度来看，这种骨格可以广泛用作承重和能量吸收部件，因为其稳定的大变形响应基本上独立于基体材料的塑性行为，这意味着这种骨格结构适合于许多制造工艺。同时，Dprime骨格的开放式细胞拓扑比壳状骨格更适合于简单的增材制造过程，例如FDM技术用于非金属材料和粉末床为基础技术的金属材料。此外，Dprime骨格的特殊变形机制有望表现出优异的抗冲击性能，这种骨格的性质可以通过减小其特征尺寸（例如从微骨格到纳米骨格）来进一步提高，这是后续研究的宝贵课题。