双材料晶格超材料

断裂能峰值提升

通过调控模量比与相对密度，实现双材料晶格的拉伸-弯曲协同增韧，断裂能超越理想单材料晶格。

Song, Zhaoqiang · Wu, Kaijin · ZeWen, Wang · 何陵辉 · 倪勇

Journal of the Mechanics and Physics of Solids 2024

技术优势

断裂能超单材料

双材料支柱的拉伸-弯曲协同变形使晶格结构比理想单材料晶格更坚韧，并给出了优化模量比和相对密度的参数设计协议。

存在最佳模量比

在由三角软支柱和六角硬支柱构成的双材料晶格中，断裂能随软支柱模量增加先升后降，在临界模量比处达到峰值，源于裂纹尖端变形模式由弯曲向拉伸主导的转变。

无需多材料也能增韧

拉伸-弯曲协同增韧概念可应用于带特定拓扑缺陷的单材料晶格，为低成本增韧提供新途径。

应用场景

• 轻质抗冲击结构：用低密度晶格实现抗冲击防护，兼顾轻量化与能量吸收。
• 增材制造多材料设计：指导增材制造中双材料支柱的模量比与相对密度设计。
• 断裂韧性优化：通过调控模量比与拓扑缺陷最大化晶格断裂韧性。
• 晶格超材料：为低密度晶格超材料提供定量的抗断裂设计准则。