拉胀与六边形蜂窝晶格结构在拉伸压缩下的超大变形与坍塌行为研究

这篇研究通过有限元分析(FEA)和混合位移-压力(U-P)单元，对比研究了内凹拉胀(RA)和六边形蜂窝(HH)结构在2D平面应变和3D条件下的力学行为。采用基于实验数据校准的超弹性-塑性本构模型，揭示了拉胀结构负泊松比(NPR)和优异能量吸收效率的机制，为设计具有方向依赖性力学性能的高性能晶格材料提供了理论框架。

　　

亮点

本研究通过计算模拟评估了拉胀(auxetic)与非拉胀结构的力学行为，重点分析了不同准静态加载方向对结构性能的影响，包括变形模式、泊松比(Poisson’s ratio)和能量吸收能力。

结果与讨论

本章研究了HH和RA结构在压缩和拉伸条件下的力学响应。通过分析其变形行为、等效泊松比和能量吸收特性，揭示了不同加载方向对RA和HH结构性能的影响规律。

结论

本研究通过2D平面应变和3D非线性大变形分析，采用基于实验数据校准的超弹性-塑性(hyperelastic–plastic)本构模型，系统评估了HH和RA结构在x和y方向的压缩/拉伸性能。结果表明：

1. 1.

   拉胀结构展现出负泊松比特性

2. 2.

   方向依赖性力学行为显著

3. 3.

   泊松比随加载会向零演化——这对精密和冲击敏感应用具有重要指导意义

作者贡献声明

S. Farshbaf：撰写初稿/修订、验证、软件、方法论、调查、数据分析、概念化

N. Dialami：修订、监督、资源、项目管理、资金获取

M. Cervera：修订、监督、资源、项目管理、资金获取

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究结果的财务或个人关系

致谢

感谢MCIN/AEI/10.13039/501100011033通过PriMus项目(PID2020-115575RB-I00)提供的资助支持