研究进展 | Adv. Mater.：数字超材料实现机械超材料微结构-性能解耦
- 发布时间：
- 2024-10-12
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- 研究进展 | Adv. Mater.：数字超材料实现机械超材料微结构-性能解耦
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可编程机械超材料具有可编程式调控的泊松比、刚度和变形模式，在能量吸收和机械计算等领域的巨大应用潜力。然而，该类材料微结构与整体力学响应存在高维、非线性关系，大大增加了材料微结构设计和性能定制的复杂性。因此，如何在结构-功能一体化设计中实现材料微结构和性能的解耦成为亟待解决的问题。
近日，西安交通大学航天航空学院刘益伦教授团队提出了一种基于数字编码微结构多稳态模式的数字超材料，能够通过调控材料数字编码形式有效调控超材料的刚度和变形模式，实现微结构与性能的解耦。该研究揭示了数字机械超材料（DMM）在信息技术和工程领域的广泛应用前景。相关研究成果以“Digital Mechanical Metamaterial with Programmable Functionality”为题发表国际知名期刊《Advanced Materials》上。
研究内容及方法
以双稳态梁结构的二进制特性作为数字编码基础（图1），通过调节不同的数字编码形式，基于榫卯结构组装而成的数字机械超材料（DMM）单元在外部压缩下可呈现出三种不同的可编程变形模式：压缩-扭转耦合（CTC）、压缩-剪切耦合（CSC）和纯压缩（PC）。实验和模拟结果表明DMM单元具备优异的变形和刚度调节能力，展现出更高的可编程性和多功能性。此外，其阵列组合结构在机械信息加密（图2）、可编程应力-应变曲线（图3）、振动隔离、自适应能量吸收（图4）等方面展现出显著的应用潜力。
图1. 具有多样变形模式的数字机械超材料（DMM）
图2. 机械信息加密功能展示
图3. 可编程刚度功能展示
图4. 振动隔离和能量吸收功能展示
关于作者 论文的共同第一作者为课题组的博士研究生林万青和闫英博博士，通讯作者是本课题组的覃华松副教授和刘益伦教授。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划重点项目等资助。西安交通大学航天航空学院刘益伦教授团队长期招收研究生和博士后，欢迎有意者联系。
原文链接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202406263