机械超材料

        机械超材料是一类具有传统材料所不具备的特殊机械性能的材料,这类材料是通过人为改变材料的微观物理结构制造的。因此,折纸这种可以将二维材料转换成复杂的三维结构的设计方法为超材料的设计提供了一种新的思路,且这种几何设计方法不受模型尺寸和材料的限制。本实验室重点研究了基于多层折纸结构的超材料设计方法。

1 折叠机械超材料

        开发出一种针对折叠机械超材料的系统设计理论。该设计理论充分利用了折纸图案自身的折叠特性,通过在三个维度方向上对单个或多个折纸单元进行叠加,创造出大规模机械超材料。基于此理论设计的折叠机械超材料具有负泊松比和可调刚度等特性。此外,这类超材料的机械特性可以通过改变折纸图案的几何设计参数,或控制折纸结构中折纹和面板的材料属性进行编程设计。

具有三维负泊松比和可调刚度的折纸超材料

2 梯度机械超材料

        通过改变超材料结构的几何参数,在传统的Miura折纸结构的基础上设计出一种可以适应非均一环境条件的梯度机械超材料。这类超材料因为同时具有刚性折叠状态和自锁状态,可以在面内或面外的准静态压缩载荷下产生梯度刚度,以及比均匀机械超材料更优秀的能量吸收能力。梯度机械超材料的上述物理特性均可以通过改变几何设计的方法进行人为调整。

面外均匀和梯度机械超材料