跨越极端弹性属性空间界限的参数化微结构

《Materials Horizons》：A parameterized microstructure spanning the bounds of extremal elastic property spaceOpen Access

　　

具有极端弹性特性的平面微结构是一种二维架构材料结构，其有效行为接近理论极限。它们对于机械隐身、导波设备、生物医学植入物以及用于轻量化的极端刚度质量比等应用具有重要价值。现有的单尺度设计分散在理论界限内，缺乏一种能够实现其有效属性连续和低维控制的统一表示方法，这需要进行逐个案例的设计生成，并限制了其在目标行为具有平滑空间变化的应用中的使用。本研究提出了一种简单的参数化平面微结构，它仅由七个几何参数及其连续变化表示，能够连续跨越各向同性弹性属性空间中的极端界限。该微结构受到此前基于密度的拓扑优化研究的启发。首先针对弹性属性边界上的一组点进行几何参数优化，然后进行插值，以快速沿边界生成平滑变化的近各向同性微结构。制造的样机和机械测试验证了预测的极端属性。所提出的微结构参数化提供了对完整允许属性空间中极端弹性行为的几何起源的基本理解。此外，所提出的参数化表示加速了极端属性微结构的设计，使得各种工程应用中的平滑属性分级成为可能。

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? 2026 作者。由英国皇家化学学会出版

2026

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