具有周期性微结构、力学性能可调可控的轻质点阵材料是力学超材料领域的研究热点。这些精心设计点阵材料通常表现出明显的各向异性，从而限制了它们在加载方向不确定的情况下的实用性。目前，弹性各向同性点阵材料的主要是通过叠加各种各向异性结构或操纵微梁的弯曲与轴向刚度比实现的。然而，它们显著的各向异性屈服强度和固有的不稳定非线性力学行为限制了它们在能量吸收应用中的适用性。

针对上述挑战，哈尔滨工业大学陈雪岩副教授主张直接从基本几何单元结构生成弹性各向同性结构。通过将板状结构与菱形十二面体（RD）几何分布相结合，提出了一种可用于能量吸收和负载支撑的新型弹性各向同性板状点阵材料。相关成果以“A class of elastic isotropic plate lattice materials with near-isotropic yield stress”为题，在金属材料顶级期刊《Acta materialia》上发表。

图 1菱形十二面体板格材料的设计概念，两个相邻的对角线的横截面剖面图：(a) 与备受约束的封闭式板件，开口桁架结构具有两个不受约束的分离梁。(b) 力-位移曲线示意图表明，与具有相同相对密度的弯曲主导的桁架结构相比，拉伸主导的板格结构始终表现出优越的压缩响应。(c) 单个微组件（杆件或板）和 (d) 相应代表性单元的几何参数。(e) 极坐标图描绘了归一化杨氏模量与加载方向的关系。

所提出的晶格结构表现出卓越的力学性能，包括达到HS界限的极高体积模量，以及超越了刚度最高的各向同性板状点阵材料的能量吸收效率。值得注意的是，在相对密度为 0.1 时，设计的晶格材料的相对弹性模量与 RD 桁架点阵材料相比增加了约 11 倍。它们的能量吸收能力显著增强，是RD桁架结构的2.58倍。

图 2 RD 板状结构与 RD 桁架结构之间的比较结果： (a) 弹性各向同性、(b) 弹性模量、(c) 剪切模量和 (d) 体积模量。

使用数值模拟和实验测试分析了相对密度对有效力学性能的影响。研究结果表明，所提出的结构不仅表现出弹性各向同性，而且接近屈服各向同性。这些特性使得设计的点阵材料在方向不确定下的载荷支撑和能量吸收等方面应用潜力巨大。

图 3（a）RD 桁架和板状点阵结构的相对屈服强度随相对密度的变化情况。 （b）RD 板状点阵结构与其他弹性各向同性点阵材料的屈服各向异性比较情况。

哈尔滨工业大学航天学院复材所陈雪岩副教授为论文第一作者，哈尔滨工业大学谭惠丰教授和浙江城市学院刘石球副研究员为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金青年项目和黑龙江省头雁计划等项目资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645424004361