机械工程学报

作者：徐蔚云, 张涵寓, 刘钊, 朱平

单位：1. 上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200240;2. 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室 上海 200240

关键词：手性力学超材料,增材制造,中应变率冲击,耐撞性,非周期性设计；

基金：国家自然科学基金(12472119)和上海市自然科学基金(23ZR1431600)资助项目。

手性力学超材料在结构上具有非对称的手性几何特征，在力学响应上展现出受压(或受拉)扭转的旋转自由度，在材料表征上不再满足传统的柯西弹性体，且其在缓冲吸能方面展露出的轻质、高比吸能的潜力，因此受到超材料领域学者的广泛关注。然而，一般的采用先设计单胞再进行周期性排布的方法以及增材制造工艺对结构形状的限制，在一定程度上阻碍了手性力学超材料的进一步发展与应用。同时，力学超材料的手性性质与其动态抗冲击性能的关联缺乏更系统与深入的研究。基于螺旋理论的手性排布规则分析了手性力学超材料的扭转机理，并提出了一种非周期性且关节增强的手性力学超材料设计方法，有效且高效地实现了多种构型的手性力学超材料的几何生成与有限元建模。在此设计框架下进一步提出了一系列评价指标表征了所设计超材料构型的整体手性、层间偏离性以及层间一致性等手性几何特性。用激光选区熔融(SLM)技术制造了以316L不锈钢作为基体的手性力学超材料，通过中应变率冲击工况下手性力学超材料耐撞性的仿真分析与试验验证，研究了手性力学超材料在冲击下的变形模式与失效机理，从材料比吸能、峰值力、溃缩量等吸能指标的分析中研究了超材料结构-性能关系及设计对其吸能性能的影响。

来源：2025年第17期

《机械工程学报》期刊编辑部

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