北京理工大學課題組在力學超材料研究方面取得重要進展
發(fā)布日期：2023-03-20 供稿：宇航學院 攝影：宇航學院
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近日,，北京理工大學大學宇航學院朱睿教授、胡更開教授研究組聯(lián)合天津大學陳焱教授研究組和美國密蘇里大學黃國良教授在可重構(gòu)力學超材料研究方面取得新進展,。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],。北京理工大學為第一通訊單位,，北京理工大學宇航學院朱睿教授、天津大學陳焱教授為共同通訊作者,，北京理工大學博士生胡洲和天津大學博士生魏志波為共同一作,。該工作得到了國家自然科學基金委的資助。
力學超材料的微結(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,。通過引入微機構(gòu),，力學超材料內(nèi)可以產(chǎn)生易變形的機構(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)為三維力學超材料的微機構(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)的三維力學超材料,，通過設(shè)計機構(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行了探索和驗證,，為可編程變構(gòu)型超材料在聲學、光學,、電磁學等多個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考,。
上述研究探索了將機構(gòu)概念進一步引入結(jié)構(gòu)和材料動態(tài)設(shè)計中，為新型力學超材料設(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)了跨學科（機械-力學）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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