北京理工大學(xué)課題組在力學(xué)超材料研究方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-03-20 供稿：宇航學(xué)院 攝影：宇航學(xué)院
編輯：趙亞康 審核：龍騰 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)大學(xué)宇航學(xué)院朱睿教授、胡更開教授研究組聯(lián)合天津大學(xué)陳焱教授研究組和美國密蘇里大學(xué)黃國良教授在可重構(gòu)力學(xué)超材料研究方面取得新進(jìn)展,。相關(guān)成果以“Engineering zero modes in transformable mechanical metamaterials”為題,，在Nature Communications上發(fā)表[Nat Commun (2023) 14:1266]。北京理工大學(xué)為第一通訊單位,，北京理工大學(xué)宇航學(xué)院朱睿教授,、天津大學(xué)陳焱教授為共同通訊作者，北京理工大學(xué)博士生胡洲和天津大學(xué)博士生魏志波為共同一作,。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委的資助,。
力學(xué)超材料的微結(jié)構(gòu)賦予了它自然材料不具備的超常特性，如負(fù)泊松比,、梯度剛度,、非互易響應(yīng)等，也為現(xiàn)代工程裝備材料設(shè)計中急需解決的高效波動能量耗散與調(diào)控問題提供了新思路,。通過引入微機(jī)構(gòu),，力學(xué)超材料內(nèi)可以產(chǎn)生易變形的機(jī)構(gòu)位移模式（也稱為零能模式），從而實現(xiàn)更豐富的動態(tài)波調(diào)控,。模塊化折紙技術(shù)為三維力學(xué)超材料的微機(jī)構(gòu)設(shè)計帶來了多種零能模式和可重構(gòu)特性,，在寬低頻波動控制方面有著巨大的應(yīng)用前景，如基于三維五模超材料的寬低頻水聲”隱身”斗篷,。其它模式超材料也有著新穎獨(dú)特的應(yīng)用,。然而，能夠覆蓋零模,、一模,、二模、三模,、四模,、五模乃至六模力學(xué)超材料的系統(tǒng)設(shè)計方法至今仍未被提出和實現(xiàn)。
該論文的研究人員提出了一種零能模式可調(diào)的三維力學(xué)超材料,，通過設(shè)計機(jī)構(gòu)自由度相互解耦的三維模塊化折紙結(jié)構(gòu),，首次實現(xiàn)了從零模式到六模式的設(shè)計空間覆蓋以及構(gòu)型之間的可逆轉(zhuǎn)換。此外,，研究人員采用3D打印技術(shù)制備了由熱塑性聚氨酯構(gòu)成的樣品,，驗證了多種參數(shù)配置下超材料的靜力學(xué)特性和可重構(gòu)屬性，并對彈性波的可編程極化控制功能進(jìn)行了探索和驗證,，為可編程變構(gòu)型超材料在聲學(xué),、光學(xué)、電磁學(xué)等多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考,。
上述研究探索了將機(jī)構(gòu)概念進(jìn)一步引入結(jié)構(gòu)和材料動態(tài)設(shè)計中,，為新型力學(xué)超材料設(shè)計提供了理論支撐，不僅有利于發(fā)現(xiàn)新的波動能量傳播現(xiàn)象和控制方式,，同時也有望解決工程中迫切需要解決的寬低頻波動控制難題,，體現(xiàn)了跨學(xué)科（機(jī)械-力學(xué)）合作研究的優(yōu)勢。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36975-2
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