多向拉胀折纸超材料的力学行为研究

邹凯; 赵昌方; 刘浩; 刘洋佐; 张克斌

doi:10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2025.01.003

塑料科技 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (01) : 16 -21. DOI: 10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2025.01.003

理论与研究

多向拉胀折纸超材料的力学行为研究

邹凯 ¹ ,
赵昌方 ²^,^* ,
刘浩 ² ,
刘洋佐 ¹ ,
张克斌 ³

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Study on Mechanical Behaviours of Multi-directional Auxetic Origami Meta-materials

Kai ZOU ¹ ,
Changfang ZHAO ²^,^* ,
Hao LIU ² ,
Yangzuo LIU ¹ ,
Kebin ZHANG ³

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摘要

力学折纸超材料以折纸思想为基础，通过设计巧妙的特征结构来实现表观材料的特殊力学行为。为进一步融合折纸超材料和拉胀超材料的性能优势，受折纸范式启发设计一种多向的拉胀折纸超材料（AOMM）。基于静定结构承载变形机制，分析多向AOMM的负泊松比效应，建立相对密度、折叠效率、弹性等效本构以及载荷平台的理论模型，通过曲面响应揭示几何参数对多向AOMM折叠载荷的影响规律。采用热塑性聚氨酯（TPU）基材3D打印多向AOMM试件，通过准静态压缩实验进行变形、承载和吸能特性的分析。结果表明：TPU AOMM具有一定的形状恢复能力、负泊松比效应和稳定的吸能平台，平台门槛应变和相对密度的理论值与实验结果吻合较好。研究结果可为拉胀折纸超材料的设计和应用提供参考。