新型多稳态机械超材料的胞元结构设计与稳态性能研究

摘要

多稳态机械超材料由于其优异的能量吸收和可重复利用特性，在结构防护和吸能储能领域具有广泛的应用前景.本文提出了一种新型双材料拼装式双稳态胞元，利用非线性有限元仿真研究了几何参数对胞元双稳态性能的影响规律，并研究了准静态位移加-卸载时胞元阵列超材料多稳态力-位移曲线的变化规律.同时用3D打印的胞元和阵列超材料试样的准静态位移加载试验对仿真结果进行了验证.研究结果表明：新型胞元出现负刚度特性的斜梁倾角在15°和20°之间，胞元出现双稳态特性的临界倾斜角在20°和25°之间；阵列结构材料的列数相等时，胞元的层数越多超材料的初始刚度越小，加载与卸载的力-位移响应曲线的分离程度越大，材料存储的能量越多.研究结果丰富了多稳态机械超材料在稳态性能设计方面的研究，为其工程应用提供了理论依据和设计参考.

关键词

多稳态 / 机械超材料 / 胞元结构 / 稳态性能