[發明專利]一種設計三維負泊松比超材料的方法

在審

• 申請號: 201811026335.5
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109344443A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 任鑫;謝億民;王錦;沈煒
• 申請（專利權）人: 謝億民工程科技南京有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種設計三維負泊松比超材料的方法，其特征在于：其操作步驟為：

1）首先，設計具有三維周期微結構的超材料幾何模型；

2）然后，利用有限元的方法對所設計的三維超材料幾何模型進行屈曲分析，并對所得到的屈曲模態進行識別，將理想的具有橫豎交替排列孔洞的三維超材料篩選出來；

3）利用模態比例因子法改進微結構；

4）將改進的三維微結構沿三個主軸方向復制排列，生成具有負泊松比效應的三維超材料模型。

2.根據權利要求1所述的一種設計三維負泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步驟1）中三維周期微結構形式具體包括：①長方體多孔微結構；②正方體多孔微結構；③四面體多孔微結構；④球狀多孔微結構；⑤多面體多孔微結構；⑥管狀多孔微結構。

3.根據權利要求1所述的一種設計三維負泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步驟2）中利用有限元軟件Abaqus對所設計的三維超材料幾何模型進行有限元屈曲分析：具有負泊松比效應的屈曲模態會呈現出橫豎交替的孔洞，因此在這一步驟中，所有的屈曲模態都會被仔細鑒別，具有負泊松比效應的屈曲模態將會被識別，同時能產生出此種理想屈曲模態的微結構也會被篩選出來。

4.根據權利要求1所述的一種設計三維負泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步驟3）中當基材料為金屬基材料時，即使對于具有同樣微結構的超材料而言，原本由屈曲誘導的負泊松比效應將消失，而模態比例因子方法利用PSF 這項單一的參數改進具有理想屈曲模態的微結構，使改進后的微結構能在基材料為金屬時也能產生負泊松比效應。

5.根據權利要求1所述的一種設計三維負泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步驟4）中：在上一步驟中，PSF 參數是對單個微結構單元進行改進的，而三維超材料是由多個微結構排列組成，利用在第3）步中改進的微結構，使之在正交的三個坐標系方向進行復制排列從而形成具有周期結構的三維負泊松比超材料；此種三維超材料的負泊松比效應不僅對基材料是線彈性材料時有效，當基材料是非線彈性材料，同樣有效。