无序的原木三明治结构:反向设计和按需的能量吸收
Fenglei Li1, Jiakang Gan1, Zhou Yang1
1School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, 710072, China. bingli@nwpu.edu.cn.
Materials horizons
|February 25, 2026
概括
在Miura Origami (Miura-Ori) 超材料中引入几何混乱显著提高了它们的机械性能和能量吸收. 这一突破使得先进的,可定制的无序元材料的数据驱动设计能够用于诸如碰撞保护等应用.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 超材料设计设计 超材料设计
背景情况:
- 传统的Miura Origami (Miura-Ori) 超材料由于刚性周期性和结构均性,在能量吸收方面存在限制.
- 现有的设计难以实现最佳的机械强度和能量消耗.
- 几何障碍传统上被视为结构设计的局限性.
研究的目的:
- 研究工程几何障碍对基于Miura-Ori的三明治结构的机械性能的影响.
- 开发一个计算逆向设计算法,用于生成定制的无序元材料.
- 为了证明无序元材料的应用在提高防撞性方面.
主要方法:
- 在Miura-Ori三明治结构中使用几何失序的战略工程.
- 开发和应用一个用于自主配置生成的计算逆向设计算法.
- 严格的模拟和实验验证验证以证实设计性能.
主要成果:
- 无序结构显示出显著的改善:弹性模量增加了194.98%,特定能量吸收增加了105.22%,平均压力增加了118.03%与均的对应物相比.
- 反向设计算法成功生成了与目标力位移配置相匹配的配置.
- 一个以Miura-Ori为灵感的机身管,具有几何障碍,在模拟撞击事件中有效地抑制了峰值冲击力.
结论:
- 工程几何障碍从结构限制转变为功能资产,以提高元材料性能.
- 数据驱动的反向设计方法可以创建高度可定制,高性能无序的元材料.
- 这项研究为下一代具有量身定制的机械反应的能吸收元材料建立了基础范式.
