新型非周期单拼元点阵超材料的有效弹性性能

二维非周期点阵作为具有潜在非常规力学行为的显著各向同性超材料而崭露头角。本研究通过数值方法，估算了基于近期发现的非周期单拼元（即“Hat”、“Turtle”和“Spectre”拼元）的新型二维非周期点阵超材料随相对密度变化的有效弹性性能。此外，还研究了几类基于Hat的点阵，即六边形（H）、三角形（T）、平行四边形（P）和扇形（F）。结果表明，这些非周期点阵具有与相对密度无关的各向同性弹性性能。基于Hat的点阵和Turtle点阵表现出更大的弹性模量，且随着相对密度的增加逐渐收敛至基于Spectre的点阵。基于Hat的点阵的一个显著特征是其具有各向异性泊松比的方向性拉胀行为，而Turtle点阵仅在较低相对密度下表现出拉胀行为。尽管泊松比呈各向异性，当前的非周期点阵仍保持弹性各向同性，呈现出各向异性拉胀行为与各向同性弹性模量的独特结合。本研究有助于更好地理解非周期单拼元点阵超材料的弹性性能，以及针对特定应用对其力学行为进行工程化设计的潜力。