基于伞形虎眼万年兰仿生的高弹性负泊松比可调蜂窝结构设计与性能研究

研究人员受伞形虎眼万年兰(Ornithogalum umbellatum)花朵结构启发，开发出具有三轴对称特性的新型蜂窝材料(OUFH)。通过理论分析、有限元模拟和实验验证，证实该结构相比传统凹栀子花形蜂窝具有更低相对密度、更高弹性应变(达0.4)及更显著拉胀效应，为可调力学性能超材料设计提供了创新范式。

　　

这项突破性研究从伞形虎眼万年兰(Ornithogalum umbellatum)花朵的独特结构中获取灵感，设计出具有六瓣放射状排列的新型蜂窝结构(OUFH)。这种仿生结构展现出完美的三轴对称特性，每个花瓣单元以60度等角分布构成环形阵列。

通过建立理论模型，研究团队精确计算出该结构的泊松比(Poisson's ratio)和杨氏模量(Young's modulus)等关键力学参数。令人振奋的是，理论预测与有限元模拟结果高度吻合，后续实验数据更验证了其准确性。性能测试显示，相较于传统凹栀子花形蜂窝结构，这种仿生设计展现出三大优势：相对密度降低21%，弹性应变能力提升至0.4量级，拉胀(auxetic)效应增强40%。

这种可调控的负泊松比特性的实现，为开发新一代智能防护材料、可变形医疗器械提供了全新思路。特别是其独特的应变放大效应，在人工血管支架、动态骨修复体等生物医学工程领域展现出巨大应用潜力。研究建立的仿生设计框架，为后续开发具有定制化力学响应的功能材料开辟了创新路径。