基于等双轴压缩法制备的负泊松比蜂窝的力学性能研究

李育伟; 苏步云; 邱吉; 树学峰; 李志强

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基于等双轴压缩法制备的负泊松比蜂窝的力学性能研究

更新时间：2025-01-10

- 基于等双轴压缩法制备的负泊松比蜂窝的力学性能研究
- Study on the mechanical properties of negative poisson’s ratio honeycomb prepared by equibiaxial compression method
- 机械强度 2025年页码：1-8
- 作者机构：
  
  1.太原理工大学机械与运载工程学院，太原 030024
  2.太原理工大学航空航天学院，太原 030024
- 作者简介：
  
  李育伟，男，2000生，山西晋城人，太原理工大学在读硕士研究生；主要研究方向为负泊松比材料力学；E-mail：952887540@qq.com。
  苏步云（通信作者），男，1990生，山西太原人，副教授，博士；主要研究方向为负泊松比多孔材料力学；E-mail：subuyun@tyut.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(12102289;12302477);青年科学研究项目(202203021222081)
- DOI：
  中图分类号： O342;TB383
- 网络出版日期：2025-01-10，
  
  收稿日期：2024-03-11，
  
  修回日期：2024-04-23，
- 稿件说明：
移动端阅览
李育伟，苏步云，邱吉等.基于等双轴压缩法制备的负泊松比蜂窝的力学性能研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.

LI Yuwei，SU Buyun，QIU Ji，et al.Study on the mechanical properties of negative poisson’s ratio honeycomb prepared by equibiaxial compression method［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.
李育伟，苏步云，邱吉等.基于等双轴压缩法制备的负泊松比蜂窝的力学性能研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：

LI Yuwei，SU Buyun，QIU Ji，et al.Study on the mechanical properties of negative poisson’s ratio honeycomb prepared by equibiaxial compression method［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：

摘要

目的

负泊松比材料因其具有拉伸时膨胀、压缩时收缩的独特性能，在各个领域均有着广泛的应用。

方法

通过对二维Voronoi模型进行等双轴压缩获得了一种负泊松比蜂窝材料，并通过数值仿真研究了不同压缩比对其静态拉伸/压缩力学性能的影响。

结果

结果表明，采用上述方法制备的二维负泊松比蜂窝，其拉伸和压缩应力应变曲线均具有典型的多孔材料“三阶段”变形特征，且呈现出显著的拉压强度非对称性。在单轴拉伸下材料表现出明显的负泊松比现象，随着压缩比的增大，其弹性模量和弹性泊松比逐渐减小，屈服强度和平台应力逐渐增大。随着拉伸应变的逐步增大，材料的塑性泊松比呈现出由负到零再到正的变化规律。然而，由于材料内部棱壁之间的相互接触，导致其向内的变形受限。因此，材料在单轴压缩下表现出正泊松比行为，且其弹性模量、屈服强度、弹/塑性泊松比和平台应力都随压缩比的增大而增大。此外，该负泊松比材料在拉伸下表现为各向异性，而在压缩下表现出各向同性。

Abstract

Objective

Negative Poisson’s ratio materials are widely used in various fields because of their unique properties of expansion in tension and contraction in compression.

Methods

A honeycomb material with negative Poisson’s ratio was obtained by equal biaxial compression of the two-dimensional Voronoi model

and the effects of different compression ratios on its static tensile/compressive mechanical properties were studied by numerical simulation.

Results

The results show that the tensile and compressive stress-strain curves of the two-dimensional negative Poisson’s ratio honeycomb prepared by the above method have typical "three-stage" deformation characteristics of porous materials

and show significant tensile and compressive strength asymmetry. Under uniaxial tension

the material shows obvious negative Poisson’s ratio phenomenon. With the increase of compression ratio

the elastic modulus and elastic Poisson’s ratio gradually decrease

and the yield strength and platform stress gradually increase. With the gradual increase of tensile strain

the plastic Poisson’s ratio of the material changes from negative to zero and then to positive. However

due to the mutual contact between the inner edges of the material

the inward deformation of the material is limited. Therefore

the material exhibits positive Poisson’s ratio behavior under uniaxial compression

and its elastic modulus

yield strength

elastic/plastic Poisson’s ratio and platform stress increase with the increase of compression ratio. In addition

the negative Poisson’s ratio material is anisotropic in tension and isotropic in compression.

关键词

负泊松比蜂窝变形模态弹/塑性泊松比平台应力拉压非对称

Keywords

Negative Poisson’s ratio honeycombDeformation modesElastic/plastic Poisson’s ratioPlateau stressTension-compression asymmetry

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