压缩-扭转超材料在轴向载荷下表现出意想不到的扭转变形，在扭转载荷下也表现出意想不到的轴向变形。这为位移变换或应力波调节带来了新的机遇。超材料内部需要足够数量的细胞来提高刚度和稳定性。然而，长期存在的问题是，随着横向单元数的增加，压扭耦合效应严重减弱，强压扭耦合效应与刚度和稳定性难以平衡。这些都给多单元压缩扭转超材料的应用带来了很大的限制。本文提出了一种具有手性多胞元的嵌套超材料，该材料通过改善相邻胞元之间的协调，可以很好地实现压缩-扭转耦合效应与横向胞元数量之间的平衡。更重要的是，在建立力学模型的基础上，超材料的轴向刚度、扭转刚度和压扭耦合系数可以单独定制，互不影响。从而首次获得了兼具强压扭耦合效应、高刚度和高稳定性的超材料。本研究为定制具有优异复合性能的压缩扭转超材料打开了一扇大门，并有望成为推动其重大应用的新起点。
在本工作中，提出了一种具有嵌套单元的新型可定制压缩扭转超材料。基于空间梁理论，推导了嵌套超材料的刚度和压扭耦合系数作为单元几何参数的表达式，并通过实验和数值模拟进行了验证。由于细胞具有许多独立的几何参数，因此该材料具有很强的可设计性。这些解析表达式为超材料的设计和定制提供了有效的工具。据此，提出了一种方法自定义嵌套超材料的力学性能，如压扭耦合系数、轴向刚度、扭转刚度等。更重要的是，这些力学性能可以独立设计而不受彼此的限制，这对推进压缩扭转超材料的应用具有重要意义。
由于相邻细胞之间的约束，以往报道的压缩扭转超材料的压缩扭转耦合效应通常随着横向细胞数的增加而急剧下降。采用本文提出的嵌套超材料自定义方法，通过实现单元间的变形协调，可以很好地解决这一问题。因此，随着横向嵌套单元数的增加，超材料的压扭耦合效应可以保持不变，而超材料的刚度增加。从而首次获得了兼具强压扭耦合效应、高刚度和高稳定性的超材料。本研究为解决压缩-扭转耦合效应与超材料胞数之间的矛盾提供了一个良好的策略，有望成为推动压缩-扭转超材料重大应用的新起点。
往期前沿文献汇总超链接： 前沿文献
【免责声明】本文中的部分图片和文字信息来自文献或网络，版权归原作者所有。本文对发表的观点和分析保持中立，如果您认为文中信息来源或者分析观点有误，又或者涉及版权、隐私等问题，请及时私信联系，本公众号将立即删除修改。
