拉扭耦合超材料

抗冲击吸能

利用扭转效应降低刚度并在冲击后通过振动耗散能量，为抗冲击结构设计提供新机制。

孟亮 · Mingzhe, Zhong · Yushan, Gao · 高彤 · 侯玉亮 · 朱继宏 · Breitkopf, Piotr · 张卫红

International Journal of Mechanical Sciences 2024

技术优势

刚度更低

扭转效应导致多孔材料整体刚度降低，这有利于改善冲击缓解性能。

储能更多

独特的手性特征使超材料能在冲击过程中储存更多的应变能，这部分能量最终通过冲击后振动耗散。

摩擦耗能增强

尽管量级较小，侧向支柱或韧带之间的摩擦能量耗散也因拉扭耦合效应而增强。

应用场景

• 航空航天抗冲击结构：提供轻质且高效的抗冲击方案，可替代传统缓冲材料。
• 复合材料防护：通过设计单元构型实现定制化的能量吸收特性，增强复合结构防护能力。
• 智能防护结构：利用变形机制被动调节刚度，无需外部供能即可适应冲击工况。
• 机器人缓冲部件：可集成于机器人关节或足端，减轻碰撞冲击并保护内部元件。
• 机械冲击防护：通过独特的扭转变形模式实现高能量吸收，适用于各种机械冲击场景。