据外媒报道，来自加州大学欧文分校和佐治亚理工学院的工程师开发出一种新型机械超材料，可以防止变形和失效。他们采用了具有百年历史的设计方法——张拉整体法，将孤立的刚性杆件整合成柔性的斜拉网结构，从而产生了非常轻便的自张拉桁架结构。
(来源:伊斯兰法院联盟)
研究小组从一个950纳米直径的组件开始，使用复杂的直接激光写入技术来生成尺寸为10-20微米的基本细胞。这些细胞被构建为具有8个细胞的超级细胞，其可以与其他细胞形成连续的结构。然后，研究人员进行了计算建模和室内实验，观察到这些结构表现出独特的均匀变形行为，不存在局部应力过大或利用不足的情况。
研究小组发现，新的超材料的变形增加了25倍。与最先进的网格布置相比，其能量吸收能力呈级数增加。研究员洛伦佐·瓦尔德维特(Lorenzo Valdevit)说:“几十年来，关于张拉整体结构的研究一直在进行。几年前，佐治亚理工学院的Julian Rimoli教授在理论上提出了一个恰当的周期性张力全球网格的概念。通过这个项目，我们实际上首次开发了这些超材料，并展示了它们的性能。”
在为行星着陆器开发结构配置时，佐治亚理工学院的团队发现，基于张拉整体性的飞机可以承受其单个组件的严重变形或弯曲而不倒塌，这在其他结构中从未观察到。研究员里莫利教授说:“因此，我们想出了用同样的原理制造超材料的想法，并发现了第一个3D张力单片超材料。”
通过创新的增材制造技术，超轻和坚固的传统结构基于微米级桁架和网格，具有在飞机、风力涡轮机叶片和其他许多应用中取代较重固体材料的潜力，并引起了工程师的密切关注。这些主导材料具有优良的特性，但和其他承重结构一样，如果超载，仍然容易损坏。主要研究人员延斯·鲍尔(Jens Bauer)说:“在常见的纳米结构材料中，失效通常始于高度局部化的变形。剪切带、表面的裂缝和某一区域的墙和柱子的弯曲都会引起连锁反应，导致整个结构的倒塌。”当受压构件弯曲时，受拉构件不弯曲，这导致桁架网格倒塌。通常情况下，这些组件在公共节点处相互连接，只要其中一个组件出现故障，就可能迅速蔓延到整个结构。
相反，张拉整体结构的受压构件形成一个封闭的回路，相互隔离，仅由受拉构件连接。在这种情况下，受压构件的不稳定性只能通过拉伸载荷路径传递。如果它们不断裂，就不会表现出不稳定性。在张拉整体体系上向下推，整个结构会均匀受压，从而防止局部破坏和失效。
UCI研究员Valdevit表示，这种张拉整体超材料表现出前所未有的抗失效能力、极限能量吸收、变形和强度，超过了所有其他类型的领先轻质结构。“这项研究为设计先进的工程系统提供了重要的基础，如可重复使用的冲击保护系统和自适应承载结构。”据外媒报道，来自加州大学欧文分校和佐治亚理工学院的工程师开发出一种新型机械超材料，可以防止变形和失效。他们采用了具有百年历史的设计方法——张拉整体法，将孤立的刚性杆件整合成柔性的斜拉网结构，从而产生了非常轻便的自张拉桁架结构。
(来源:伊斯兰法院联盟)
研究小组从一个直径为950纳米的组件开始，使用复杂的直接激光写入技术来生成尺寸为10-20微米的基本细胞。这些细胞被构建为具有8个细胞的超级细胞，其可以与其他细胞形成连续的结构。然后，研究人员进行了计算建模和室内实验，观察到这些结构显示出独特的……变形行为均匀，没有局部应力过大或利用不足。
研究小组发现，新的超材料的变形增加了25倍。与最先进的网格布置相比，其能量吸收能力呈级数增加。研究员洛伦佐·瓦尔德维特(Lorenzo Valdevit)说:“几十年来，关于张拉整体结构的研究一直在进行。几年前，佐治亚理工学院的Julian Rimoli教授在理论上提出了一个恰当的周期性张力全球网格的概念。通过这个项目，我们实际上首次开发了这些超材料，并展示了它们的性能。”
在为行星着陆器开发结构配置时，佐治亚理工学院的团队发现，基于张拉整体性的飞机可以承受其单个组件的严重变形或弯曲而不倒塌，这在其他结构中从未观察到。研究员里莫利教授说:“因此，我们想出了用同样的原理制造超材料的想法，并发现了第一个3D张力单片超材料。”
通过创新的增材制造技术，超轻和坚固的传统结构基于微米级桁架和网格，具有在飞机、风力涡轮机叶片和其他许多应用中取代较重固体材料的潜力，并引起了工程师的密切关注。这些主导材料具有优良的特性，但和其他承重结构一样，如果超载，仍然容易损坏。主要研究人员延斯·鲍尔(Jens Bauer)说:“在常见的纳米结构材料中，失效通常始于高度局部化的变形。剪切带、表面的裂缝和某一区域的墙和柱子的弯曲都会引起连锁反应，导致整个结构的倒塌。”当受压构件弯曲时，受拉构件不弯曲，这导致桁架网格倒塌。通常情况下，这些组件在公共节点处相互连接，只要其中一个组件出现故障，就可能迅速蔓延到整个结构。
相反，张拉整体结构的受压构件形成一个封闭的回路，相互隔离，仅由受拉构件连接。在这种情况下，受压构件的不稳定性只能通过拉伸载荷路径传递。如果它们不断裂，就不会表现出不稳定性。在张拉整体体系上向下推，整个结构会均匀受压，从而防止局部破坏和失效。
UCI研究员Valdevit表示，这种张拉整体超材料表现出前所未有的抗失效能力、极限能量吸收、变形和强度，超过了所有其他类型的领先轻质结构。“这项研究为设计先进的工程系统提供了重要的基础，如可重复使用的冲击保护系统和自适应承载结构。”
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