这篇论文的研究内容由巴西伊塔朱巴联邦大学机械工程学院的Rafael Augusto Gomes教授及其团队完成，发表在《Thin-Walled Structures》期刊上。本文旨在探讨auxetic材料和结构的设计、制造及其在各个工程领域的应用，尤其是管状auxetic结构的研究进展。
随着工程技术的不断发展，传统材料和结构在满足高性能要求方面的局限性日益显现。auxetic材料因其独特的负泊松比（NPR）特性而受到广泛关注。这种材料在拉伸时不仅会变长，还会在横向上扩展，表现出与常规材料截然不同的力学行为。研究表明，auxetic材料在能量吸收、抗弯性能和抗扭性能等方面具有显著优势，尤其适用于航空航天、汽车、医疗等领域。
论文首先回顾了auxetic材料的基本概念和历史背景，指出自1987年Lakes首次提出NPR结构以来，auxetic材料的研究逐渐增多。研究者们通过设计不同的单元格结构（如重入、螺旋、星形等）来实现NPR行为，并探讨了这些结构的力学性能。接着，论文详细介绍了管状auxetic结构的设计方法。研究者们利用计算机辅助设计（CAD）工具，结合有限元分析（FEA）方法，对管状结构的力学性能进行了深入研究。通过对不同几何形状和材料的组合，研究者们探索了管状auxetic结构在能量吸收和抗压性能方面的潜力。
在研究过程中，作者们面临了一些挑战。首先，auxetic结构的复杂几何形状使得传统制造方法难以实现。因此，研究者们转向了增材制造（3D打印）等新兴技术，以便更好地生产这些复杂结构。论文中提到，Nanoscribe设备Photonic Professional GT+被用于制造微观auxetic结构，这为研究提供了新的视角和方法。此外，如何有效地进行数值分析和优化设计也是一个重要的难点。有限元分析虽然能够提供结构行为的预测，但在实际应用中，如何将数值结果与实验结果相结合，验证模型的准确性，仍然是一个亟待解决的问题。
尽管当前的研究已经取得了一定的进展，但管状auxetic结构的应用前景仍然广阔。随着增材制造技术的不断发展，未来可以期待更多复杂形状的auxetic结构被成功制造出来。此外，随着对auxetic材料性能理解的深入，研究者们可以探索其在新领域的应用，如生物医学、建筑工程和运动器材等。在医疗领域，auxetic结构可以用于制造更为高效的支架和植入物，改善患者的治疗效果。在汽车工业中，auxetic材料的能量吸收特性可以用于设计更安全的碰撞吸能结构，提升车辆的安全性和耐撞性。
总的来说，其团队的研究为管状auxetic结构的设计、制造和应用提供了重要的理论基础和实践指导。随着研究的深入和技术的进步，auxetic材料有望在多个领域发挥更大的作用，推动相关行业的创新与发展。通过对auxetic结构的不断探索和优化，未来的研究将可能揭示更多潜在的应用领域，进一步推动这一新兴材料的广泛应用。
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https://doi.org/10.1016/j.tws.2023.110850