双曲梁多稳态超材料

预设力-位移响应

通过双材料对称支撑结构，实现可按需定制的稳定状态与变形路径。

Zhao, Chunzheng · 王新 · 张睿 · Yongfeng, Jiang · Ji, Haibo · Zhen, Li · Li, Bingyang · Pengfei, Wang · 金峰 · Tian Jian, Lu

Engineering Structures 2026

参数信息

正向预测耗时

1.9 ms

逆向设计耗时

2.3 ms

技术优势

逆设计快七个数量级

逆向设计只需 2.3 ms，相比有限元模拟快七个数量级以上，因此研究者可以跳过耗时的试错循环。

有限元不收敛也能算

框架在有限元经常无法收敛的参数范围内保持稳健，因此设计空间里那些以往不可达的区域现在可以探索。

数据集可解释

用 von Mises 桁架模型生成覆盖双稳态、自恢复和单稳态的数据集，使网络学到的是有物理意义的映射，而不是黑箱拟合。

应用场景

• 智能减振结构：按预设力-位移曲线设计单元，可定制减振结构的刚度和能量吸收路径。
• 自恢复机械超材料：逆向设计自恢复单元，省去反复试制与测试。
• 4D打印多稳态结构：双材料打印单元可直接嵌入4D结构，实现按需变形。
• 可编程机械元件：按力-位移规格快速生成几何参数，可编程实现多种稳定状态。