机械工程学报

作者：杨富富, 林维炜, 杨飞雨, 张俊, 姚立纲

单位：1. 福州大学机械工程及自动化学院 福州 350108;2. 福建省制造业数字化设计工程研究中心 福州 350108

关键词：剪纸图案,二重对称Bricard6R连杆,负泊松比,超材料；

基金：国家自然科学基金（51905101）和福建省自然科学基金（2019J01209）资助项目。

新型机械超材料结构通常由一些简单的单元（称之为胞元）通过三维规则阵列组合而成。得益于超常的物理特性，这些机械超材料结构往往具有轻质高强度、多稳态、优异能量吸收能力等优点，正成为众多领域的热门研究方向。为进一步丰富超材料结构种类，需探索更多优质胞元结构。折纸结构具有结构简单、便于折叠等优势，为构建超材料胞元提供了一种重要方式。利用一种具有较好对称的剪纸图案——二重对称剪纸图案，提出一种具有负泊松比特性且单自由度折展的二重对称剪纸胞元。通过分析胞元结构的几何参数对折展运动的影响，发现胞元具有一定的拉胀（即负泊松比）特性，当剪纸的设计变量γ趋近于0时，该胞元趋于经典的内凹蜂窝结构。相较于后者，所提出的胞元还具备单自由度折展特性，为快速搭建吸能结构提供了便利。该胞元结构利用折叠后的物理干涉产生的自锁效应，使得其处于折叠极限状态下具有负载能力。通过静态压缩试验，发现二重对称剪纸芯比内凹蜂窝结构具有更优异的负载能力，是一种优异的纸质超材料结构。该胞元的提出，为探索更多新型超材料结构提供了可能，还为之奠定了理论分析基础。

来源：2023年第17期

《机械工程学报》期刊编辑部

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