单轴热成型负泊松比泡沫

剪切模量方向性强

该负泊松比泡沫经单轴热成型后呈现显著各向异性，剪切模量比横向高近三倍，为需要方向性力学响应的轻质结构提供了新的设计可能性。

Zhang, Qicheng · Yu, Xindi · Xia, Yuying · 张大义 · Lakes, Roderic S. · Wojciechowski, Krzysztof W. · Scarpa, Fabrizio L.

Composites Part B: Engineering 2024

参数信息

热成型方向剪切模量

35 kPa

横向剪切模量

0.1 MPa

原始泡沫剪切模量

50 kPa

线性剪切应变范围

20 %

技术优势

各向异性可控

单轴热成型使泡沫剪切模量在热成型方向为35 kPa，横向为0.1 MPa，通过调整成型工艺可定向设计力学性能。

测试更准

新型滑动简单剪切装置消除了固定简单剪切装置在高应变下的刚度人为升高，在高达20%应变下保持线性。

模拟可信

基于3D μ-CT扫描的有限元模型采用新的边界耦合单元，与实验结果吻合良好，可用于预测泡沫剪切行为。

应用场景

• 负泊松比材料：提供剪切各向异性泡沫的制备与表征方法，推动负泊松比材料在承载结构中的应用。
• 轻质结构：泡沫密度低且剪切模量可定向调节，适合作为轻质结构的填充或芯材。
• 航空航天材料：各向异性剪切特性可满足航空航天部件对特定方向刚度的需求。
• 机械工程：新型剪切测试装置和模拟方法为泡沫材料力学性能表征提供了可靠工具。