據外媒報道，加州大學歐文分校（University of California, Irvine）和佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）的工程師們開發(fā)了一種新型機械超材料，可以防止變形和發(fā)生故障。他們采用了張拉整體的方法，這是一種歷史長達百年的設計方法，將孤立的剛性桿集成至靈活的系索網狀結構中，從而產生非常輕的自我張拉桁架結構物。

　　佐治亞理工學院，機械超材料，張拉整體，

　　（圖片來源：ICU）

　　研究小組從950納米直徑的構件開始，通過一種復雜的直接激光寫入技術，以產生大小在10-20微米之間的基本單元格。這些單元格被構建成具有8個單元的超級單元格，可與其他單元格組建連續(xù)性結構。接著，研究人員進行計算建模和室內實驗，并觀察到這些結構表現(xiàn)出獨特的均勻變形行為，而且不存在局部過應力或使用不足現(xiàn)象。

　　佐治亞理工學院，機械超材料，張拉整體，

　　該團隊發(fā)現(xiàn)，新型超材料的形變度提高了25倍。比起最先進的網格排列，其能量吸收能力成級數(shù)遞增。研究人員Lorenzo Valdevit表示：“幾十年來，對張拉整體結構的研究一直在進行。幾年前，佐治亞理工學院的Julian Rimoli教授從理論上提出適當?shù)闹芷谛詮埨w網格概念。通過這個項目，我們首次實際研制出這些超材料，并進行了性能演示?！?/p>

　　在為行星著陸器開發(fā)結構配置時，佐治亞理工學院的團隊發(fā)現(xiàn)，基于張拉整體的飛行器可以承受其單個部件的嚴重變形或彎曲，而不會發(fā)生坍塌，這是在其他結構中從未觀察到的。研究人員Rimoli教授表示：“我們因此產生了利用同樣原理制造超材料的想法，并發(fā)現(xiàn)了第一種3D張拉整體超材料?！?/p>

　　通過創(chuàng)新添加劑制造技術，超輕且堅固的傳統(tǒng)結構基于微米級桁架和網格，在飛機、風力渦輪機葉片和其他許多應用中，具有取代較重固體物質的潛力，受到工程師們的密切關注。這些領先材料具有優(yōu)異的特性，但與其他承重結構一樣，如果超負載，仍然容易造成損壞。主要研究人員Jens Bauer表示：“在常見的納米結構材料中，故障通常始于高度局部化變形。剪切帶、表面上的裂縫以及在某一區(qū)域出現(xiàn)的壁體和支柱彎曲，會引起連鎖反應，導致整個結構倒塌?！碑斒軌簶嫾澢鷷r，受拉構件則不會，導致桁架網格開始倒塌。通常情況下，這些部件在公共節(jié)點上相互連接，只要其中一個發(fā)生故障，可能迅速蔓延至整個結構。

　　相反，張拉整體結構的受壓構件形成閉合環(huán)路，彼此隔離，僅通過受拉構件連接。在這種情況下，受壓構件的不穩(wěn)定性只能通過拉伸載荷路徑傳遞。如果它們沒有發(fā)生斷裂，就不會表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。向下推張拉整體系統(tǒng)，整個結構會均勻壓縮，從而防止發(fā)生局部損壞，避免故障。

　　UCI研究人員Valdevit表示，張拉整體超材料表現(xiàn)出前所未有的抗故障性、極端能量吸收、形變度和強度，超過其他所有類型的領先輕質結構?！斑@項研究為設計先進工程系統(tǒng)提供了重要基礎，比如可重復使用的沖擊保護系統(tǒng)，以及自適應承重結構?！?/p>

　　來源：蓋世汽車

　　作者：Elisha