凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年7月18日
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标题: 可编程三维编织超材料的设计框架
标题: Design framework for programmable three-dimensional woven metamaterials
摘要: 机械超材料持续提供了前所未有的机械性能可调性,但迄今为止的大多数设计都优先考虑获得高刚度和强度,而牺牲了可变形性。编织晶格——纠缠纤维的三维网络——引入了一种通向长期以来被忽视的柔性和可拉伸超材料领域的路径。然而,这些复杂结构的设计和实现仍然主要是一个手动过程,限制了对其全部可实现设计和性能空间的识别和验证。在这里,我们提出了一种几何设计框架,该框架使用图结构来编码编织拓扑,从而能够创建具有可调结构、功能梯度和任意异质性的编织晶格。通过使用微尺度原位张力实验和计算力学模型,我们揭示了设计空间中高度可调的各向异性刚度(变化超过一个数量级)和极端可拉伸性(最大拉伸达到四倍)。此外,我们展示了通过在设计过程中利用可调性,编织超材料能够表现出可编程的失效模式。该框架提供了一个设计和建模工具包,以进入此前无法达到的高柔顺性机械超材料领域,实现了可编程的大变形和非线性响应。
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