基于自相似夹杂增强的星形蜂窝超材料面内动力学性能优化与能量吸收机制研究

来自国内的研究人员通过引入自相似夹杂(SSI)并破坏传统星形蜂窝(CSH)单元完整性，创新性提出面内各向同性夹杂增强星形蜂窝(IIESH)超材料。研究采用单梯度(SGD)、双梯度(DGD)和对称对角梯度(SDGD)三种设计方法，结合增材制造技术和有限元分析，发现MSH和IIESH结构在等质量条件下平台应力分别提升64.49%和98.13%，为防护工程领域提供了新型能量吸收(EA)材料设计范式。

　　

这项突破性研究将自相似夹杂(self-similar inclusions, SSI)巧妙引入传统星形蜂窝(conventional star-shaped honeycomb, CSH)单元，通过破坏SSI完整性结构，成功开发出具有面内各向同性特性的夹杂增强星形蜂窝(isotropic inclusion-enhanced star-shaped honeycomb, IIESH)超材料。研究团队创新性地提出单梯度(single gradient design, SGD)、双梯度(double gradient design, DGD)和对称对角梯度(symmetric diagonal gradient design, SDGD)三种梯度化设计方案。

采用先进的增材制造(additive manufacturing)技术制备样品后，通过压缩实验和有限元分析(finite element analysis)系统评估性能。令人振奋的是，改性星形蜂窝(modified star-shaped honeycomb, MSH)和IIESH结构展现出卓越的力学性能提升——在等效质量条件下，其平台应力(plateau stress)较CSH分别飙升64.49%和98.13%。研究特别强调IIESH单胞数量与排列方式对能量吸收(energy absorption, EA)能力和承载性能的关键调控作用，为开发新一代防护材料提供了重要理论支撑。