Engineering Reports:负泊松比超材料嵌入结构的独立变形机制研究

负泊松比超材料是指一类具有独特力学性质的人造结构。这种材料往往是由单个的负泊松比结构通过周期排列组合成一个整体呈现负泊松比的结构,利用3D打印技术可以制造个性化、多样化的不同几何结构材料。它所具有的负泊松比效应与正泊松比效应表现恰恰相反,横向受压收缩时,纵向也收缩;横向受拉膨胀时,纵向也膨胀。由于这种负泊松比效应,给材料本身带来了很多好的特性,如:轻量化,高压痕抵抗性,剪切模量,能量吸收性,断裂韧性等。负泊松比超材料优异的特性以及革命性应用前景,吸引了中国、美国、欧洲等国家的强力关注。负泊松比超材料已成为全球最热门、最受瞩目的前沿高技术之一。随着对于负泊松比超材料研究的推进,为了弥补其本身存在的缺点及增添新的性能,越来越多的研究人员选择将负泊松比超材料与其他的材料或者结构组合在一起,从而使得更满足现实的需求。

近日,山东科技大学纳米研究院院长王清教授课题组通过明确嵌入结构与负泊松比超材料之间的最佳约束关系,提出了一种嵌入结构和负泊松比超材料能够独立变形的负泊松比复合超材料,解决了负泊松比复合超材料力学性能调节繁琐的问题。此外,建立能够定量表达嵌入结构与负泊松比超材料对整体结构的泊松比,相对杨氏模量及能量吸收性影响的模型,比较出嵌入结构与负泊松比超材料对于整体结构泊松比,相对杨氏模量及能量吸收性的最大调节范围及调节效率,使得嵌入结构与负泊松比超材料对于整体结构力学性能的影响能够分离开来。此研究为以后负泊松比复合超材料的力学性能的调节研究有着重要参考价值。

图1:新提出的负泊松比复合超材料变形与力-位移图

论文信息

Study of mechanical properties and enhancing auxetic mechanism of composite auxetic structures

Zengqin Shi, Qing Wang*, Yunfeng Li, Ning Wang, Lulu Lei, Xiaodong Li

Engineering Reports

DOI: 10.1002/eng2.12436

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eng2.12436