我所年轻教师陈雪岩在研究超轻材料过程中，创新提出了一类弯曲主导的各向同性的力学超材料，并在大变形非线性条件下仍然具有近似各向同性响应，有效地解决了传统轻量化材料力学性能对于加载方向敏感性的问题。研究结果以“3D lightweight mechanical metamaterial with nearly isotropic inelastic large deformation response”为题发表在固体力学期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids上。论文第一作者为哈尔滨工业大学青年教师陈雪岩，我所为第一通讯单位，通讯作者为哈尔滨工业大学谭惠丰教授和法国国家科学院Femto-st研究所Muamer kadic 副教授。研究得到了法国未来投资计划等项目的资助。这是本年度我所教师陈雪岩第二次在该期刊上发表各向同性材料研究相关长文（doi.org/10.1016/j.jmps.2022.104957）。

目前，设计弹性各向同性超材料主要是将不同的各向异性结构以适当的比例叠加。然而，上述通过直接叠加方式获得的拉伸主导型超材料在低相对密度下，存在非线性响应各向异性程度高、力学性能不稳定的缺点，这极大限制了它们在轻量化领域的应用。相比之下，弯曲主导超材料则具有低刚度、高吸能效率和稳定的特点。因此，如何在不影响非线性响应稳定的前提下，提升弯曲主导型超材料力学性能，消除其在线弹性阶段的加载方向依赖性，抑制其在非线性阶段的各向异性，成为目前亟待解决的问题。

针对以上问题，为了保留弯曲主导超材料稳定非线性大变形能力，本研究将体心点阵结构的内节点替换为简单立方点阵结构，提出了一类新型的弹性各向同性弯曲主导超材料。通过数值模拟研究几何参数对于结构弹性模量和各向同性系数的影响。结果表明，所设计的超材料不仅具有各向同性刚度，而且具有近似各向同性的非线性响应。特别是，当相对密度小于1%时，超材料几乎达到各向同性材料的泊松比上限，即ν=0.5。模拟和实验均表明：与体心立方超材料相比，所设计的超材料的相对弹性模量约为它的两倍，比能量吸收约为它的 1.6 倍。这些力学行为使得设计的超材料在静态压缩、动态冲击和变换弹性动力学等方面应用潜力巨大。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2022.105057

弹性各向同性弯曲主导各向同性超材料的微尺度样件、设计理念以及和其他弯曲主导各向同性力学超材料的对比结果