近期，中山大学/北京航空航天大学联合团队提出了一种基于去局部变形机制的双稳态张拉整体可重复吸能超材料，解决了现有材料中能量吸收能力和重复使用的矛盾，同时实现了高能量吸收能力以及可重复使用性。研究成果以“Delocalized deformation enhanced reusable energy absorption metamaterials based on bistable tensegrity”为题，发表在国际知名学术期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区、IF = 18.5）上。在本项研究中，仿生界面及智能制造实验室博士研究生杨昊、张捷为共同第一作者，中山大学航空航天学院吴志刚教授、北京航空航天大学航空科学与工程学院潘飞副教授、中山大学先进制造学院吴嘉宁副教授为共同通讯作者。
图 文 导 读
力学超材料是通过合理设计后具备卓越性能的结构，它们为能量吸收提供了前所未有的平台，能够减轻局部区域内严重冲击所造成的损害。然而，现有的结构设计总是在能量吸收能力或重复使用性方面存在不足。
针对这一问题，研究人员经典的张拉整体结构中衍生出一种新型双稳态张拉整体结构。同时提出了一种基于张拉整体的组装策略，将这些双稳态结构构建成具有去局部变形机制的力学超材料。在单一加载节点受到局部冲击时，这些机械超材料中的所有可重复使用的双稳态结构的弹性组件会同步拉伸以吸收能量，从而表现出更高的能量吸收能力。
研究人员通过张拉整体连接策略将9个TBM模块构建了力学超材料，并且通过冲击实验研究了超材料的抗冲击性能。随后，研究人员通过高速相机拍摄了超材料在局部加载点受到冲击后的全局变形过程，展示了超材料的去局部变形特性。
随后，研究人员构建了模拟碰撞实验，其中超材料被用于承受来自小车冲头的集中冲击并且保护后方气球。实验结果表明，通过张拉整体策略连接后的超材料可以有效抵抗局部冲击并且保护后方脆弱物体。
最后，研究人员对比了吸能材料的能量吸收能力和可重复使用性，可以发现，本研究提出的超材料在10,000个循环中实现了26.4 kJ/(kg·m²)的能量吸收能力，在能量吸收能力和重复使用性方面分别比其他可重复使用的材料高出约两个数量级。
论 文 信 息
期刊：Advanced Functional Materials
题目：Delocalized deformation enhanced reusable energy absorption metamaterials based on bistable tensegrity
作者：Hao Yang †, Jie Zhang †, Ji Wang, Jinbo Hu, Zhigang Wu *, Fei Pan *, Jianing Wu *
DOI：10.1002/adfm.202410217
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