《Theoretical and Applied Mechanics Letters》：Tension/compression-torsion mechanical metamaterials: A review on cell design paradigms and multimodal applications
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传统先进结构材料严格受限于其固有物理属性，在承载能力、重量和定向变形控制之间产生了持续的设计权衡。拉压-扭转力学超材料（T/C-T MMs）通过利用人工设计的微结构架构，将标准一维轴向应力波平滑转化为连续、可编程的面内扭转变形，从而突破了这些经典限制。本综述对
传统先进结构材料严格受限于其固有物理属性，在承载能力、重量和定向变形控制之间产生了持续的设计权衡。拉压-扭转力学超材料（T/C-T MMs）通过利用人工设计的微结构架构，将标准一维轴向应力波平滑转化为连续、可编程的面内扭转变形，从而突破了这些经典限制。本综述对推动T/C-T MMs快速发展的近期里程碑进行了全面综合。研究人员系统地将微结构合成的核心框架归纳为三种主导方法：基于预定义斜支柱或韧带类型的参数优化、连续与离散拓扑优化，以及用于快速逆向结构发现的高级数据驱动机器学习方案。在基本几何设计之外，研究人员全面评估了这种跨轴耦合机制向卓越工程应用前沿的转化，具体分析了其在低频减振、高比能量吸收、柔顺引导软体机器人和可重构机械逻辑隐藏阵列中的作用。最后，研究人员批判性地审视了尺度相关边界约束、结构疲劳和制造敏感性方面的潜在瓶颈，并勾勒了未来发展方向，即集成多场刺激响应材料与先进增材制造，以开创下一代智能结构。
1. 引言
传统材料由于受固有物理属性限制，在强度与重量、热膨胀、泊松比等方面存在固有权衡。拉压-扭转力学超材料（T/C-T MMs）通过人工设计的微结构架构，将轴向载荷转化为扭转变形，实现轴向-扭转耦合。该领域已从概念验证发展为几何驱动性能调控，并进一步迈向可编程、多目标结构设计。其代表性工程应用包括减振、能量吸收、软体机器人以及机械信息存储与传输。
2. T/C-T MMs的优化设计策略
T/C-T MMs的力学响应主要由胞元几何与连接方式决定，其设计可抽象为在给定设计域、约束集和目标函数下的约束非线性优化问题。当前主要存在三大类设计策略：基于预定义结构拓扑的参数优化、连续体或微结构拓扑优化，以及数据驱动或机器学习辅助的结构设计。
3. 基于预定义胞元架构的参数化设计
该路线预先确定胞元的基本拓扑，再通过调节支柱长度、倾角、截面形状、空间螺距和手性方向等参数来调控拉压-扭转响应。其优势在于物理可解释性强，便于建立结构-性能关系。预定义胞元可分为斜支柱构型、韧带基结构和孔隙调控多孔网络。
3.1 斜支柱胞元
斜支柱胞元的拉压-扭转耦合源于斜置支柱形成的倾斜传力路径。轴向载荷沿支柱传递时产生切向力分量和绕轴力矩，从而驱动整体扭转变形。该类胞元可进一步分为直斜支柱、折线/之字形支柱和变曲率支柱。直斜支柱结构简单且传力清晰，适合机理验证和参数分析，但扭转响应与承载性能之间存在权衡。折线/之字形支柱引入额外的弯曲段和局部变形自由度，可产生更大扭转变形并增加变形耗能，但可能降低轴向刚度并引发不稳定变形。变曲率支柱利用连续曲线轮廓替代直线或分段路径，可在弯曲、扭转和旋转的组合中释放局部变形自由度，减少应力集中与胞元间约束，典型形式包括螺旋杆、NURBS曲梁、余弦曲柱和圆弧支柱。
3.2 韧带基胞元
韧带基胞元主要通过节点旋转和韧带弯曲实现拉压-扭转耦合。手性排列的韧带在轴向载荷下诱导节点旋转，韧带弯曲再将局部旋转累积为整体扭转。代表性设计包括立方手性韧带胞元、手性圆柱壳、tape-spring手性多稳态结构以及预变形韧带管状结构。通过改变韧带形状、长度和连接方式，可实现分级扭转、多稳态切换和刚度调控。
3.3 孔隙调控多孔网络胞元
孔隙调控多孔胞元通过连续壳体或骨架中的孔洞几何来编程变形路径。孔洞既是减重特征，又起到局部削弱刚度、引导弯扭或屈曲方向的作用。孔形、孔径、壁厚和孔隙分布轨迹是调控压缩-扭转行为的关键变量。代表性研究包括对称分布复杂孔隙的圆柱超壳、受kirigami启发的预扭转管状超材料，以及沿螺旋轨迹布置孔的圆柱壳。
3.4 基于预设胞元的排布方式
T/C-T MMs的宏观结构主要通过三维周期晶格排布和曲面晶格排布两种方式构建。三维周期排布将胞元在空间中重复连接，通过胞元数量、手性组合和连接方式控制整体扭转、横向变形和能量耗散。曲面晶格排布主要用于圆柱、管状或壳体结构，沿曲面协调局部旋转以形成连续整体扭转，但其效果受曲率、边界相容性和制造精度影响。
4. 拓扑优化
拓扑优化（TO）无需预先指定胞元几何，而是将设计域内的材料分布作为设计变量。常用方法包括
