二维负刚度负泊松比超材料及其力学性能

发布时间：2021-07-26 14:30

　　针对超材料设计中力学效应较为单一的问题,本文设计了一种同时具有负刚度负泊松比效应的周期性超材料。推导了超材料胞元的泊松比与等效弹性模量的解析表达式,并分析曲梁角度与厚度对于胞元静力学特性的影响。以5层4列胞元构成的超材料结构为例,采用显式动力学方法研究了其抗冲击性能。结果表明:该超材料在垂向受压时横向产生收缩,在其垂向力-位移曲线中存在下降段,体现出"双负"特性。该超材料结构具备较好的抗冲击性能而不产生塑性变形,在下落重物速度较大时,约有30%～35%的初始动能在变形过程中被吸收。研究成果对于抗冲击超材料的设计具有指导意义。 

【文章来源】：哈尔滨工程大学学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

跨中受压的余弦形曲梁

根据对称性,图2中胞元静力学性能(泊松比与等效弹性模量)可通过研究仅含一条曲梁的1/8胞元模型得到,如图3。其中,BDC段为曲梁,其余为支撑结构。可变参数为曲梁的厚度t以及与水平轴的夹角α。下文中,计算结果下标为大写字母(如X、Y)对应胞元坐标系,见图2,下标为小写字母(如x、y)对应1/8模型局部坐标系,见图3。图3 负刚度负泊松比超材料胞元的1/8模型

图2 负刚度负泊松比超材料及其胞元在短梁A端点设置简支边界条件,对OFB段施加垂直向下的强制位移Uy,可得OEC对称面的水平位移Ux及压缩过程中支座上的反力FRy。由于几何大变形的存在,水平位移及垂向支反力与垂向位移的关系均呈强非线性,因此引入增量泊松比:

【参考文献】：
期刊论文
[1]力学超材料的构筑及其超常新功能[J]. 于相龙,周济.  中国材料进展. 2019(01)
[2]负泊松比材料和结构的研究进展[J]. 任鑫,张相玉,谢亿民.  力学学报. 2019(03)
[3]负泊松比超材料研究进展[J]. 于靖军,谢岩,裴旭.  机械工程学报. 2018(13)
[4]面向大尺度结构的力学超材料减振技术[J]. 温卓群,王鹏飞,张雁,蒋艳芬.  航空学报. 2018(S1)



本文编号：3303741