《Results in Materials》：Auxetic metamaterials for next-generation airless tires: a comprehensive review on the design, simulation, and optimization strategies
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负泊松比（auxetic）超材料因其独特的力学行为而备受关注，这种特性使其在下一代无气轮胎技术中的潜力日益得到认可。本综述全面概述了负泊松比超材料结构的基础理论，涵盖内凹蜂窝（re-entrant honeycomb）、手性晶格（chiral lattice）
负泊松比（auxetic）超材料因其独特的力学行为而备受关注，这种特性使其在下一代无气轮胎技术中的潜力日益得到认可。本综述全面概述了负泊松比超材料结构的基础理论，涵盖内凹蜂窝（re-entrant honeycomb）、手性晶格（chiral lattice）、旋转单元（rotating unit）、三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surface, TPMS）以及折纸基（origami-based）设计。研究人员将其变形机制与轮胎力学性能指标相关联，考察了现有研究中采用的关键计算方法，如有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）、机器学习（Machine Learning, ML）技术与多目标优化（multi-objective optimization）。现有研究中提出的新兴人工智能（Artificial Intelligence, AI）驱动逆向设计与代理建模（surrogate modeling）技术亦被呈现，其促进了无气轮胎的快速设计。基于文献收集数据，研究人员构建了无气轮胎力学性能及影响变量框架，以揭示超材料负泊松比行为及其基体材料性能如何影响力学性能。该综述进一步探索了负泊松比赋能方案以应对紧迫的轮胎工程挑战，同时指出了疲劳寿命预测、环境适应性与大规模生产方面持续存在的研究空白。
研究背景方面，传统充气轮胎存在爆胎风险，而无气轮胎（非充气轮胎，non-pneumatic tire/NPT）以柔性辐条或填充结构替代空气，虽消除了爆胎隐患，但现有辐条设计（如Michelin Tweel的聚氨酯辐条、六边形蜂窝辐条）面临材料疲劳抗力不足、应力集中、高速动平衡丧失等问题。已有综述多聚焦负泊松比超材料本身或通用优化策略，而Scopus数据库中“auxetic AND optimization AND (airless tire OR non-pneumatic tire)”仅7篇原始研究、无综述，负泊松比超材料植入无气轮胎的潜力与集成挑战构成显著研究空白。为此，研究人员在《Results in Materials》发表该综述，系统回顾负泊松比超材料结构分类、力学优势、计算与优化方法，构建无气轮胎性能—变量框架，为跨域设计转移提供实践指导。
关键技术方法上，研究人员采用文献计量与系统性筛选，以Scopus库关键词组合锁定208篇“auxetic AND optimization AND energy absorption”及7篇轮胎交叉文献为样本池；计算建模以有限元分析（FEA，ABAQUS/ANSYS）耦合参数化几何控制为主；优化层叠用机器学习（回归与生成模型）、NSGA-II多目标遗传算法、代理模型与AI逆向设计（条件生成对抗网络Conditional GAN等）；不对实验试剂与制备步骤展开，仅整合已发表数值/实验对照结论。
研究结果部分，第1节引言阐明负泊松比定义（横向应变/纵向应变比为负）及无气轮胎产业脉络（Tweel、UPTIS、Bridgestone、Hankook iFlex、Goodyear空间胎）。第2节基础理论中，2.1结构设计要求出内凹蜂窝（Lakes 1987提出）、手性（Prall-Lakes理论ν=-1）、旋转单元、TPMS（Schwarz/Gyroid）、折纸（Miura-ori）、仿生（蝶形、啄木鸟喙）六类单元，Table 3汇总各设计有效泊松比（如anti-chiral parallelogram ν=-3.86，2D re-entrant ν=-3.8）；2.2应用横跨汽车抗撞、生物支架、航天层板、软体机器人；2.3轮胎语境下四优势为高能吸收（Alomarah蝶形SEA达内凹蜂窝3.2倍）、稳定变形（Teng三维内凹三层响应、Liu CLP-TPMS单元旋转延时坍塌）、可调刚度（壁厚/内凹角参数化）、高结构完整（节点增强抗剪裂）。第3节设计仿真优化中，3.1计算建模以FEA为主流，Li-Li用ABAQUS测手性扭角、Ochoa将10杆机构转柔顺机构验ν；3.2进阶优化分述ML（Wang ANN+EC提速5数量级、Zhu ANN预测E与ν误差<5%/10%）、AI驱动（Zheng Conditional GAN单步生成）、多目标（Pareto前沿权衡SEA与峰值力）、遗传算法（NSGA-II管刚度向量）。
讨论与结论翻译浓缩：研究人员指出，负泊松比超材料凭几何主导的负的泊松比行为，可补强无气轮胎辐条在载荷特异变形、冲击吸能、抗应力集中上的短板；内凹蜂窝制造易但变形稳定性低，手性/旋转单元综合优，3D TPMS与折纸可调刚度最高却受增材成本制约。框架表明超材料ν值与基体弹性模量解耦、由相对密度/杆厚/边界条件主控。遗留空白为高周疲劳寿命预测方法缺失、极端温湿与碎石环境适应性未验、从样件到整车级注塑/打印的批量公差控制。该研究意义在于首次在Scopus域以综述形态打通“auxetic—optimization—airless tire”三角空白，给出可迁移的多目标优化与AI逆向设计路径，为后续无气轮胎辐条从单目标承力走向刚度—吸能—疲劳协同提供基准架构。
结论节原文意译：负泊松比超材料为下一代无气轮胎柔性辐条提供几何可编程的承载—吸能—抗剪一体化方案；FEA+ML+多目标优化构成成熟设计链；未来须优先攻克疲劳寿命代理模型、环境变量嵌入仿真与可规模化制造三类瓶颈，方能将实验室ν=-0.3~?3.8的晶格转为道路级产品。
