具有张量完整性（tensegrity）启发式结构及负泊松比（auxetic）特性的各向同性能量吸收超材料

《Advanced Materials》：Isotropic Energy-Absorbing Metamaterial with Tensegrity-Inspired Architecture and Auxetic Behavior

机械超材料通过结构设计实现能量吸收应用，负泊松比（NPR）超材料因特殊 auxetic 行为由受关注，但功能受限。本研究创新性地结合张拉整体结构优势与 NPR 特性，通过弹簧组合和刚性滑动杆系统实现可编程变形约束，实验表明刚度调控精度达 0.40% 能量吸收变化率，七单元体和四面体结构冲击力减幅分别达 75.68% 和 91.18%，验证了新型智能防护材料的可扩展性和性能突破。

　　

摘要

通过合理的设计，机械超材料在能量吸收应用方面展现出巨大的潜力。负泊松比（NPR）超材料因其独特的负泊松比行为而备受关注，然而其有限的功能性限制了其能量吸收能力。本研究开发了一种新型超材料，结合了NPR特性和张力完整性结构的优势，以解决传统能量吸收材料在耐久性、自恢复能力和动态调节性方面的局限性。通过使用弹簧组合将张力完整性模块重新配置为可编程单元，并通过刚性滑杆和线性滑块系统实现方向性变形约束，将NPR材料的负泊松比机制与张力完整性的可编程特性相结合。实验结果表明，通过调整弹簧刚度可以精确控制整体的负泊松比响应和整体刚性；弹性元件的组合提供了自恢复能力和抗疲劳性（在10000次压缩循环后，能量吸收变化仅为0.40%）。在结构组装方面，七单元和四面体配置在冲击作用下的峰值力分别降低了约75.68 ± 1.22%和91.18 ± 0.40%，证明了该组装策略的可扩展性。这项研究通过将张力完整性结构与NPR效应相结合，突破了传统单一材料超材料的局限性，为开发具有可调能量吸收特性和增强耐久性的智能防护材料树立了新的范例。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在合理请求下从相应作者处获得。