摘要：液晶弹性体是一类集成了液晶相的各向异性和聚合物基质的力学特性的材料,具有可操控的自主形变能力,在柔性电子、光学器件及生物医疗技术等诸多领域有广阔的应用前景。液晶弹性体的高级功能主要来源于其制备过程的处理方法和几何结构的构筑方式。不同的取向策略和结构的组合能够赋予材料复杂的形变模式和功能特性。近年的研究发现,将机械超材料与液晶弹性体结合能够实现常规材料设计难以实现的功能和特性,实现如双轴驱动、加热膨胀、多维运动等功能,应用在生物医疗、无电子传感、振动控制等领域。本文综述了利用超材料结构设计思路对液晶弹性体的取向及几何结构进行同步构筑的设计方法及其应用,介绍了3D打印技术在构建人造有序结构方面的应用及对材料性能的影响。

摘要：近年来,受益于3D打印先进制造技术和机器学习设计方法的快速发展,机械超材料的研究取得了卓越的成果,实现了一系列自然界罕见甚至不存在的反常规、反直觉的力学性能。与自然材料不同,机械超材料的性质主要来源于人工结构而非材料本身化学组分,故而具有巨大的设计空间。2021年,机械超材料领域涌现出了一批非常优秀的工作。从机械超材料的特异力学性能、智能化设计方法和基于增材制造的加工工艺3个方面回顾了2021年度的相关研究热点,重点关注了机械超材料与机器学习、模块化设计和3D打印制造工艺的融合。

摘要：机械超材料因其具有传统材料所不具有的独特力学性能而受到学者的广泛关注。其独特新颖的性能与自身结构紧密相关,通过设计和制备不同的结构,能够使材料具有许多独特的力学性能。目前,制备工艺的发展和进步使得制备具有任意复杂微米或纳米结构的材料成为现实。本文综述了机械超材料领域中较为常见的几种性能:轻质高强、负泊松比、负可压缩性、负热膨胀性和超流体的研究进展,总结了机械超材料发展的限制因素,并对该领域的发展方向及研究重点进行了展望。

摘要：增材制造技术解除了传统制造方法对零件结构的限制,使越来越多复杂结构的“自由制造”成为可能。超材料的出现打破了自然界传统结构在性能上的限制,实现了许多自然结构无法实现的功能。随着增材制造技术的日益成熟,对于高性能、轻量化构件的需求愈来愈强烈,而超材料在具有自然结构所不具备的超常物理性质前提下,进一步实现了超强超轻的机械目标。增材制造的技术特点消除了超材料的制造约束,提高了超材料的潜力,为结构复杂的机械超材料的成型提供了一种有效的方法。零泊松比结构是一种特殊的机械超材料,它优异的性能引起人们的广泛关注。总结了目前国内外增材制造技术成型机械超材料的相关研究进展和激光选区熔化成型具有零泊松比特性的板壳晶格结构的设计难点,并对其发展进行了展望。

摘要：可实现负泊松比效应的蜂窝材料拥有独特的力学性能,在变体机翼柔性蒙皮等应用中,有着良好的前景.本文采用机械超材料的设计方法,改进了传统蜂窝材料的结构单元设计,提出了一种新型环形负泊松比结构,并建立了相应的力学模型.运用能量法研究了环形蜂窝芯结构的等效弹性模量与各结构参数之间的关系,建立了环形蜂窝芯在小形变范围内等效弹性模量的公式.通过有限元仿真,将理论计算结果与有限元计算结果进行对比,两者具有很好的一致性,验证了理论公式的正确性,对负泊松比机械超材料的设计与应用具有一定的指导意义.

摘要：本文以智能超材料关键技术为主线,基础研究和新产品研发为辅,简要论述近年来智能超材料的发展现状和趋势。根据智能超材料所调控激元的不同,可分为智能电磁超材料,智能机械超材料,智能热学超材料,智能耦合超材料,此外两项关键技术为智能超材料新型设计与仿真技术和材料制备技术与材料基因工程。这些智能超材料在科学基础研究方面涉及超材料中多物理场耦合机制,新型人工原子与人工分子设计,超材料与自然材料的融合,超材料可调性探索和新型传感型超材料机制探求。基础研发和技术拓展将推进智能超材料施展到更加广泛的应用领域,如微型天线及无线互联,光电磁隐身,医学图像上用的完美成像,航空航天和交通车辆所用的智能蒙皮,精密仪器制程与片上实验室集成型超材料等。基于上述国内外智能超材料研究的发展趋势,本文进行了系统性的分类厘清,并分析了其研究现状,给出了我国智能超材料发展的美好愿景。

摘要：折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料通常由多胞构成,但多胞结构的多稳态特性及其诱发的动力学行为尚不清晰,相关的研究还较少.本文在双稳态Miura-ori堆叠结构单胞的基础上,研究由两个异构双稳态单胞基于力平衡串联而成的结构.静力学分析指出,双胞串联结构具有4个定性不同的稳定构型,呈现出多稳态特征.动力学分析指出,双胞串联结构在4个稳定构型处具有显著不同的固有频率特征.逐渐增大激励幅值,双胞串联结构的多稳态特性诱发出类型丰富的复杂非线性动力学响应,包括亚谐、超谐甚至混沌的阱内和阱间振动.根据幅值特征,我们将稳态动力学响应分为九类,并开展了动力学响应的吸引盆和吸引盆稳定性分析.结果表明,不同类型动力学响应的吸引盆稳定性(即出现概率)显著不同,且与激励幅值密切相关.本文得到的多稳态双胞串联结构的静力学特性、动力学响应的分类,以及吸引盆稳定性相对于激励幅值的演化规律,对深入认识多稳态折纸结构的非线性动力学特性,调控非线性动力学响应具有参考价值和指导意义.

摘要：负泊松比机械超材料独特的力学性能,使其在航空航天、医疗设备、国防工程等领域具有广泛应用前景.文章提出了一种具有负泊松比特性的弧角可变的圆弧曲线蜂窝芯结构,改进了传统内凹六边形蜂窝芯结构的胞元设计.运用能量法给出了不同弧角下圆弧曲线蜂窝芯结构在小形变范围内等效弹性模量和泊松比的理论公式,与有限元结果有较好的吻合度,验证了理论公式的正确性.同时,给出了圆弧曲线弧角,胞元长宽比和杆厚等结构参数对本结构等效弹性模量和泊松比的影响规律.研究结果可为新型负泊松比机械超材料的优化设计及应用提供新的思路.