Запечатлевая движение,
Создавая истории

В этом исследовании были спроектированы два типа механических метаматериалов с клеточной структурой с переменными, зависящими от растяжения/сжатия положительными/отрицательными коэффициентами Пуассона, и характеристики деформации метаматериалов были проверены с помощью измерений движения NOKOV.

Исследователи опубликовали статью о клеточных механических метаматериалах под названием "Механические метаматериалы с разрывными и зависимыми от растяжения/сжатия положительными/отрицательными коэффициентами Пуассона" в журнале Journal of Advanced Engineering Materials, который индексируется в SCI и EI.

В данной работе предлагаются два типа механических метаматериалов с клеточной структурой, имеющих положительные/отрицательные коэффициенты Пуассона, зависящие от растяжения/сжатия, а также быстрые возможности изменения коэффициента Пуассона. Деформационное поведение метаматериалов было подтверждено с помощью захвата движения NOKOV. Данное исследование может быть применено в областях устройств поглощения энергии, мягкой робототехники и каркасов для тканевой инженерии.

Цитата:

Ян Н, Дэнг Й, Чжао С и др. Механические метаматериалы с дискретным положительным/отрицательным коэффициентом Пуассона, зависящим от растяжения/сжатия [J]. Передовые инженерные материалы, 2022, 24(3): 2100787.

Фон:

Метамaterials как новый тип искусственного материала обладают свойствами, которые не встречаются в природных материалах. Существующие исследования разработали различные метаматериалы, обладающие уникальными механическими и электромагнитными свойствами, такими как отрицательные коэффициенты Пуассона. Однако текущие разработки обычно обеспечивают деформационное поведение только в одном направлении, а контроль положительных и отрицательных коэффициентов Пуассона недостаточно интуитивен, что ограничивает их применение в инженерии.

Вклад: 

1. В данной работе предлагаются два типа ячеистых структурных единиц с положительными/отрицательными коэффициентами Пуассона, зависящими от нагрузки/сжатия, и способностью к быстрой изменчивости коэффициента Пуассона. Изменяя геометрический дизайн единицы, можно достичь дискретного изменения коэффициента Пуассона при деформации.

2. Эксперименты доказали, что деформационное поведение метаматериалов не зависит от конкретных свойств материалов и определяется геометрическим дизайном структуры.

3. Эксперименты подтвердили предсказания простого аналитического модели и расчетов методом конечных элементов, что доказывает устойчивость поведения деформации метаматериалов.

Рисунок 1 Метод проектирования 

Эксперименты и результаты: 

1. Деформация единицы: 

Деформация метаматериалов отслеживалась с помощью системы захвата движения NOKOV. Экспериментальные результаты были аналогичны предсказаниям метода конечных элементов (МКЭ) и модели чистого механизма, что указывает на то, что поведение деформации не зависит от механических свойств материалов и определяется геометрическим дизайном структуры.

Рисунок 2 Дискретная и зависимая от растяжения/сжатия положительная/отрицательная ПР в одном узле 

Похожее поведение деформации наблюдалось даже при использовании резинотехнических материалов с различной жесткостью, включая положительные/отрицательные коэффициенты Пуассона, зависящие от растяжения/сжатия, и точки пропуска.

2. Деформация единицы Конфликты между горизонтальными соседями при сжатии

Когда несколько единиц взаимодействуют в направлении x под сжатием, точки пропуска все еще могут быть наблюдаемы. Однако из-за конфликтов и взаимодействий между смежными единицами под сжатием, деформация, необходимая для перехода от отрицательного к положительному коэффициенту Пуассона, уменьшается. Тем не менее, дискретный и зависимый от растяжения/сжатия положительный/отрицательный коэффициент Пуассона все еще существует.

3. Деформация клеточной структуры 2D и 3D

В данной работе были разработаны и изготовлены двумерные и трехмерные ячеистые структуры, а их деформационное поведение было исследовано через эксперименты и симуляции. Результаты показывают, что эти структуры также демонстрируют зависимые от растяжения/сжатия положительные/отрицательные коэффициенты Пуассона.

Система захвата движения NOKOV регистрирует деформационное поведение метаматериалов, выводя данные о позиции с высокой точностью, что помогло подтвердить свойство коэффициента Пуассона метаматериалов.