針對超材料設計中力學效應較為單一的問題,本文設計了一種同時具有負剛度負泊松比效應的周期性超材料。推導了超材料胞元的泊松比與等效彈性模量的解析表達式,并分析曲梁角度與厚度對于胞元靜力學特性的影響。以5層4列胞元構成的超材料結構為例,采用顯式動力學方法研究了其抗沖擊性能。結果表明:該超材料在垂向受壓時橫向產(chǎn)生收縮,在其垂向力-位移曲線中存在下降段,體現(xiàn)出"雙負"特性。該超材料結構具備較好的抗沖擊性能而不產(chǎn)生塑性變形,在下落重物速度較大時,約有30%～35%的初始動能在變形過程中被吸收。研究成果對于抗沖擊超材料的設計具有指導意義。 

【文章來源】：哈爾濱工程大學學報. 2020,41(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

跨中受壓的余弦形曲梁

根據(jù)對稱性,圖2中胞元靜力學性能(泊松比與等效彈性模量)可通過研究僅含一條曲梁的1/8胞元模型得到,如圖3。其中,BDC段為曲梁,其余為支撐結構�？勺儏�(shù)為曲梁的厚度t以及與水平軸的夾角α。下文中,計算結果下標為大寫字母(如X、Y)對應胞元坐標系,見圖2,下標為小寫字母(如x、y)對應1/8模型局部坐標系,見圖3。圖3 負剛度負泊松比超材料胞元的1/8模型

圖2 負剛度負泊松比超材料及其胞元在短梁A端點設置簡支邊界條件,對OFB段施加垂直向下的強制位移Uy,可得OEC對稱面的水平位移Ux及壓縮過程中支座上的反力FRy。由于幾何大變形的存在,水平位移及垂向支反力與垂向位移的關系均呈強非線性,因此引入增量泊松比:

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3303741