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平面负泊松比结构
平面负泊松比结构
平面负泊松比结构是一种特殊的结构设计，具有与传统材料截然不同的力学特性。
在这种结构中，当受到某一方向的拉伸或压缩时，其垂直于受力方向的尺寸会发生变化，而这种变化与传统材料相反。
具体来说，当平面负泊松比结构受到拉伸时，其垂直于拉伸方向的尺寸会减小，而受到压缩时，其垂直于压缩方向的尺寸会增大。
这种结构的独特性质使其在多个领域具有广泛的应用价值。
例如，在航空航天领域，平面负泊松比结构可以用于设计更轻、更坚固的飞行器部件，提高飞行器的性能和安全性。
在生物医学领域，这种结构可以用于设计具有更好生物相容性和力学性能的医疗器械和植入物。
此外，平面负泊松比结构还可以用于设计具有更高能量吸收能力的防护装置，以及具有更好隔音、隔热性能的建筑材料等。
目前，平面负泊松比结构的研究已经取得了很大的进展，但仍存在一些挑战和问题需要解决。
例如，如何更好地优化结构设计以提高其力学性能和稳定性，如何实现大规模制造和应用等。
未来，随着科学技术的不断发展和进步，相信平面负泊松比结构将会在更多领域展现出其独特的优势和潜力。
此外，负泊松比结构的基本形式包括凹角结构、手性结构、转动刚体结构等。
这些结构的设计都基于实现负泊松比效应的原理，但具体的形状和构造方式可能因应用需求而有所不同。
例如，凹角结构由薄肋和铰接点组成，当受到拉伸时，铰接点的位置变化导致垂直于拉伸方向的尺寸减小。
而手性结构则由圆柱中心体和连接韧带构成，当受到拉伸或压缩时，连接韧带的运动会带动圆柱中心体旋转或扩张/收缩，从而实现负泊松比效应。
负泊松比纱线的结构成形与拉胀机理建模研究
负泊松比纱线的结构成形与拉胀机理建模研究
负泊松比纱线是一种特殊的纤维组合结构，在拉伸过程中表现出非常不同寻常的性能。
目前，对这种纱线的结构成形和拉胀机理的研究还比较有限。
因此，本文对负泊松比纱线
的结构成形和拉胀机理进行了建模研究。
首先，我们分析了负泊松比纱线的组成结构。
负泊松比纱线通常是由两种或多种纤维
组成的混杂纱线，这些纤维的形状、大小和刚度不同。
在拉伸过程中，这些纤维之间的相
互作用将导致纱线不同寻常的响应。
一般而言，负泊松比效应与纤维之间的弹性相互作用
有关。
其次，我们基于上述分析，建立了一个负泊松比纱线的结构成形和拉胀机理的数学模型。
该模型考虑了纤维之间的相互作用以及它们的拓扑结构。
对于不同的纤维类型和排列
方式，我们可以看到在不同的应变水平下，负泊松比效应会呈现出不同的形式。
其中，当
纤维之间呈现出高度非线性的互动关系时，双曲线型应变-拉力响应曲线是最常见的现象。
另外，我们也考虑了随着拉伸过程中纤维间隙的扩大，负泊松比效应可能逐渐减弱或消失
的情况。
最后，我们对该模型进行了实验验证。
结果表明，我们的模型可以很好地预测不同类
型的负泊松比纱线的拉伸性能，并且和实验结果的误差相对较小。
总之，本研究对负泊松比纱线的结构成形和拉胀机理进行了系统的建模研究，该模型
可以为纺织品设计和材料工程领域中的相关研究提供有益的参考。
一种负泊松比防护用具材料及其制备方法和应用与流程
一种负泊松比防护用具材料及其制备方法和应用与流程背景在现代社会中，人们对于个人安全和防护意识越来越重视。
特别是在特定行业，如建筑、运动、医疗等领域，对于身体的防护要求日益增高。
而负泊松比材料在防护领域中具有独特的优势。
负泊松比材料具有负向的泊松比，即材料在受力时呈现出较小的横向膨胀和纵向压缩，能够有效地分散外部冲击和吸收震动能量，提供更好的保护效果。
目的本文介绍了一种用于防护用具的新型负泊松比材料及其制备方法和应用与流程。
负泊松比防护用具材料的制备方法原料准备首先，准备以下原料：•负泊松比材料A•负泊松比材料B•混合粘合剂材料预处理将负泊松比材料A和负泊松比材料B分别进行预处理，包括清洗、干燥和筛选，以去除杂质，并使其达到所需尺寸和纯度。
材料混合将预处理后的负泊松比材料A和负泊松比材料B按一定比例混合，确保彼此之间的分散均匀。
粘合剂添加将混合后的负泊松比材料逐渐加入混合粘合剂中，并进行搅拌，使粘合剂均匀地覆盖在材料表面上。
制备成型将混合后的材料倒入预先准备好的模具中，根据需要进行压制或注塑成型。
固化处理根据材料特性，在特定的温度和压力条件下进行固化处理，使材料得到充分的固化，并发挥其负泊松比特性。
负泊松比防护用具的应用与流程设计需求分析根据防护用具的具体应用场景和使用要求，进行设计需求分析，包括所需防护能力、材料的厚度和硬度、使用的舒适度等。
产品设计根据设计需求分析结果，进行防护用具的产品设计，包括外形、尺寸、结构等方面的设计。
材料制备按照前述的负泊松比材料制备方法，制备出符合设计要求的负泊松比材料。
制造加工将制备好的负泊松比材料按照产品设计进行制造加工，包括切割、成型、焊接等步骤。
产品装配将制造加工好的各部件进行组装，形成完整的防护用具产品。
产品测试与调试对装配好的防护用具产品进行测试与调试，包括防护能力测试、舒适度测试等，确保产品符合设计要求。
生产与销售根据测试与调试结果，批量生产符合负泊松比防护用具要求的产品，并通过销售渠道将其推向市场。
负泊松比材料的发展与探究
负泊松比材料的发展与探究
负泊松比材料的发展与探究
张起明，巩华帅
【摘要】现代技术对材料的特殊要求越来越多，正常物理、力学性质的材料已经不满足特定的要求，所以涌现出大量的智能材料。
负泊松比材料是具有受拉膨胀或者受压收缩性质[1]的一种材料，属于一种智能材料，是一类具有较高工程应用价值的功能材料。
在某些工程领域，负泊松比结构以其特有的物理、力学性质而被广泛应用。
但是由于其复杂的结构和制作工艺，发展受到了较大的限制。
但整体来看，其他高新技术的配套发展也推动了负泊松比材料的发展。
【期刊名称】科技与创新
【年(卷),期】2019(000)005
【总页数】2
【关键词】负泊松比材料；3D打印技术；功能价值；配套发展
我国十分重视智能材料、超材料的发展，在很多规划、政策中都有所提及。
负泊松比材料由于其独特的物理、力学性质，有着其他材料不能比拟的优势，所以负泊松比材料的研究成为一个热点问题。
随着材料在各个领域的不同要求，许多具有负泊松比效应的结构出现了。
最常见的是内凹的多边形结构和物理模型，如刚体转动结构和手性结构[2]，它促进了负泊松比材料的发展。
但是特殊的功能决定了其特殊的结构，由于其复杂的结构，它的发展受到了限制，很大程度上停留在二维结构层面。
1 研究历史和研究意义
1.1 研究历史
在1967年，苏联科学家维克多提出一种材料的两种性质，即负介电常数和负。
新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究
Journal of Mechanical Strength2023,45(4):826-837DOI :10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.010∗20221126收到初稿,20230107收到修改稿㊂∗∗吴小莉,女,1999年生,陕西宝鸡人,汉族,长安大学汽车学院硕士研究生,主要研究方向为汽车被动安全与结构轻量化㊂∗∗∗李兆凯,男,1986年生,陕西榆林人,汉族,长安大学汽车学院副教授,硕士研究生导师,主要研究方向为负泊松比结构与材料㊂新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究∗STUDY ON THE EQUIVALENT PROPERTIES AND ENERGY ABSORPTION PROPERTIES OF A NOVEL MATERIAL WITHNEGATIVE POISSONᶄS RATIO吴小莉∗∗1㊀李兆凯∗∗∗1,2(1.长安大学㊀汽车学院,西安710064)(2.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,西安710064)WU XiaoLi 1㊀LI ZhaoKai 1,2(1.School of Automobile ,Changᶄan University ,Xiᶄan 710064,China )(2.Key Laboratory of Road Construction Technology and Equipment ,Ministry of Education ,Changᶄan University ,Xiᶄan 710064,China )摘要㊀近年来,负泊松比(Negative Poissonᶄs Ratio,NPR)材料以其优异的力学性能与在传统工业领域巨大的应用潜力引起了学术界的广泛关注㊂设计并研究了一种新型负泊松比材料(基于YSH 结构胞元)在动态压缩工况下的力学性能㊂通过有限元仿真的方法,对比了不同结构参数(斜壁倾角㊁宽度比㊁纵横比)对胞元等效力学性能参数的响应差异,探究了这些结构参数对吸能性能的影响程度,并进一步扩展到对四种常见的功能梯度阵列排布下的结构的研究㊂采用吸能量E a ㊁吸能效率E ε和平台应力σp 三个指标评判了结构的能量吸收效果㊂研究发现:斜壁倾角θ越大,结构整体的能量吸收表现越佳;宽度比α对于结构整体的等效力学性能与能量吸收均影响较小;纵横比β越小,结构的负泊松比效应越明显,但相反地,其数值越大却能带来更高的能量吸收效率㊂所得结果可为负泊松比材料的功能导向设计提供参考㊂关键词㊀负泊松比㊀等效性能㊀力学性能㊀吸能性能中图分类号㊀TB383㊀U465.9Abstract ㊀In recent years,negative Poissonᶄs ratio (NPR)materials have attracted extensive attention from the academic community due to their excellent mechanical properties and huge application potential in traditional industrial fields.The mechanical properties of a new type of material with negative Poissonᶄs ratio (based on YSH structural cell)under dynamic compression are designed and studied.Through the finite element simulation method,the response difference of different structural parameters (inclined wall angle,width ratio,aspect ratio)to the equivalent elastic mechanical performance parametersof the cell is compared,and the influence of these structural parameters on the energy absorption performance is explored,and the research is further extended to the structure under four common functional gradient arrays.The energy absorption effect of the structure is evaluated by three indexes:energy absorption,energy absorption efficiency and platform stress.The study shows that,inclined wall inclination θthe larger,the better the energy absorption performance of the whole structure;width ratio αit has little influence on the equivalent mechanical properties and energy absorption of the whole structure;aspect ratio βthe smaller the value,the more obvious the negative Poissonᶄs ratio effect of the structure,but on the contrary,the larger the value,the higher the energy absorption efficiency.The results can provide a reference for the function-oriented design of materials with negativePoissonᶄs ratio.Key words㊀Negative Poissonᶄs ratio ;Equivalent performance ;Mechanical property ;Energy absorptionperformanceCorresponding author :LI ZhaoKai ,E-mail :lizhao-kai @ Manuscript received 20221126,in revised form 20230107.㊀第45卷第4期吴小莉等:新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究827㊀㊀0㊀引言㊀新材料作为21世纪科学发展的主题之一,其新性能的改变弥合了传统工业等技术应用的短板㊂其中,负泊松比(Negative Poissonᶄs Ratio,NPR)材料受到研究人员的广泛关注㊂与常规材料不同,NPR材料在纵向压缩时呈现出横向收缩的特性,而在纵向拉伸时表现为横向扩张㊂由于其独特的变形模式,NPR材料也称为拉胀材料㊂NPR材料不但具有独特的变形模式,而且具有吸能量大㊁比强度与比刚度高㊁抗压缩性强㊁断裂韧性好等优点[1],因而在结构碰撞防护,特别是汽车被动安全领域有着巨大的应用潜力㊂最基础㊁研究也较多的NPR结构基于内凹六边形(Re-entrant Honeycomb,RH)构型,其设计特征来源于六边形蜂窝㊂1982年,GIBSON L J等[2]通过将硅橡胶和硬化剂导入特制的黄铜模具中制备了首个NPR蜂窝结构;1987年,LAKES R[3]将聚氨酯泡沫放入铝制模具中,经过一系列工艺过程制造出了泊松比值为-0.17的特殊材料㊂经过近四十年的研究,研究人员针对内凹六边形的构型开展了较多的研究,并在此基础上提出了诸多新构型,任鑫等[4]将NPR材料的构型归纳为以下类别:内凹型㊁手性型㊁旋转多边形型㊁片状褶皱结构㊁穿孔板结构㊁连锁多边形㊁纺织材料相关结构等㊂其中,很多新奇的构型囿于工艺等因素与实际应用尚存在一定距离㊂然而,RH构型是从理论研究走向工程应用的典型构型㊂内凹结构的力学性能一直是NPR结构与材料研究的重要关注点㊂2006年,卢子兴等[5]提出了一种凹凸六边形相邻阵列结构的力学模型;随后JU J等[6]针对凹㊁凸六边形的等效力学性能进行了对比讨论;LIU Y等[7]针对箭头型蜂窝结构开展了参数影响研究; QIAO J等[8]则采用了理论推导与有限元仿真的方式对箭头型结构的面内冲击力学响应进行了探索;FU M 等[9]根据传统二维内凹构型提出了一种新型三维结构,并开展了参数化分析;侯秀慧等[10]提出了一种多凹角蜂窝结构,证实了其更为优异的吸能性能;刘宇等[11]提出了一种在弧边内凹结构的基础上增添辅助肋结构的NPR材料,并通过均匀设计与多目标优化确定了其最佳的几何参数;马芳武等[12-13]提出了一种内凹三角形结构,研究了其在不同冲击工况下的变形模式与吸能性能㊂可见,围绕NPR材料的研究,变换胞元构型并进行参数化研究是比较通用的研究方式㊂由于NPR材料在吸能领域的应用潜力,研究人员往往对其吸能量及平台应力较为关注,但冲击过程中吸能量会受到不同的胞元结构构型的差异与基底材料特性的影响㊂鉴于此,本文加入了对于能量吸收效率的探讨,把在有限的变形量内实现更高效的能量吸收作为一项重要的评价指标㊂随着研究的全面化,人们逐渐意识到:不同场合下采用梯度渐变形式的排布方法或将更有利于性能提升,因而,不同梯度渐变形式的NPR材料的力学性能引起更多关注㊂董宝娟等[14]研究了厚度㊁角度及功能梯度夹层板的振动特性;李谱等[15]针对箭头型NPR 材料分析了厚度梯度对基底抗冲击性能的影响㊂类似地,张权等[16]研究了星形结构不同厚度梯度下的面内冲击动态力学响应;而刘海涛等[17]则探究了内凹双向角度梯度材料的面内倾斜加载响应;ZHOU G等[18]在汽车吸能盒内填充功能梯度NPR材料并进行了优化设计㊂上述研究工作对于 梯度问题 一般是侧重于一种或两种组合形式,本文更为全面地探讨了四种组合,设计提出 疏密相间 的梯度排列方式,并对其面内动态冲击下的等效力学性能进行了研究㊂关于近年来人们提出的若干新构型,如弧边内凹构型[19-21]㊁内凹三角形构型[22]㊁X构型[23]等,它们大多是基于传统经典构型的叠加㊁组合或调整;其中多数构型距实际应用还有一定距离㊂在工程应用方面,李兆凯等[24]设计出较为成熟㊁实用的三维NPR结构材料,并联合整车制造企业,基于与现有高强钢方案的性能对标,开发出采用NPR微结构材料的前部防撞吸能总成样机,并通过大量数值模拟与试验对比,验证了其在吸能性能与轻量化方面的优越性㊂为了更好地促进NPR理论研究与工程应用的结合,并实现NPR结构的创新设计,本文受悠悠球(Yo-yo)形状的启发,结合内凹六边形与悠悠球的结构特征,设计了一种内凹蜂窝变体(Yo-yo-Shaped Honeycomb,YSH)结构㊂从考虑结构创新和利于工程实践两个角度出发,提出了一种新型的㊁便于加工的NPR单胞构型㊂本文通过有限元仿真的方式对YSH 结构开展了动态冲击等效力学性能响应分析,并设计出四种角度梯度渐变形式的构型,观察其吸能性能与变形模式,为实际设计与应用提供参考㊂1㊀YSH单胞构型1.1㊀几何构型㊀㊀如图1所示,YSH单胞结构源自于悠悠球模型㊂由于YSH单胞具有水平及垂直方向上的对称性,故在研究时仅取1/4单胞结构的几何参数即可㊂其几何参数包括1/4胞元的水平臂长L1㊁倾斜臂长L2㊁垂直臂长L3㊁垂直长度L4㊁杆件截面厚度t以及倾斜臂与水平臂之间的夹角θ㊂胞元的结构决定了其几何参数之间存在一定的制约关系㊀828㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图1㊀YSH单胞结构Fig.1㊀YSH cell structureθɪ0,π2()(1)L4=L2sinθ+L3(2)L2cosθ<L1(3)其中,α为胞元的宽度比,α=L2cosθ/L1;β为胞元的纵横比,β=L4/L1值得注意的是,胞元宽度比的改变也会影响到胞元高宽比的大小㊂胞元的相对密度为ρYSH=ðL i HL=4t(L1+L2+L3)4L1(L2sinθ+L3)(4)㊀㊀当胞元沿平面内两个方向进行阵列排布时,其角度梯度特性可能影响整体的力学性能㊂因此,本文针对常见的四种梯度排布形式展开研究,为保证单胞结构的对称性,设置L1边长保持恒定,且上下相邻胞元之间的倾角差值为Δθ,如图2所示㊂1.2㊀有限元模型㊀㊀采用Ls-Dyna软件对YSH结构进行建模分析,使用shell单元构建11ˑ5单胞的有限元模型(图3), YSH材料参数为:密度ρ取值7850kg/m3,弹性模量E s取值210GPa,泊松比取值0.3,屈服强度取为295MPa㊂设置上方平板为刚体,边界条件为:约束底部节点的所有自由度,为保证结构保持平面应变,约束面内单元只发生x向和y向位移,顶部刚性平板具有垂直向下的初速度(10m/s)㊂为了保证顶部刚性平板顺利下压并兼顾计算效率,在其上增加配重质量为20kg㊂设置顶部刚性平板与YSH胞元的接触方式为自动点面接触,摩擦因数设置为0.15;设置YSH结构内部为自接触,摩擦因数为0㊂YSH结构网格尺寸布种为0.25mm,刚性体平板网格大小为2mm㊂为了避免单元畸变,对全局沙漏进行控制,设置计算终止时间为4ms,单元公式选取16号全积分壳单元,沿壳单元厚度方向设置5个积分点,壳单元厚度设为0.2mm㊂初始参数设置为:L1=5mm,L2=5mm,L3=1mm,L4= 5mm,θ=53.13ʎ,t=0.2mm㊂1.3㊀模型可靠性分析㊀㊀为了验证有限元建模方法的可靠性,本文采取与图2㊀YSH单胞阵列梯度排布类型示意图Fig.2㊀Schematic diagram of gradient layout type of YSH cell array 已发表文献结果对照的方式对其进行验证㊂如图4(a)所示,设置与文献[25]相同的模型与边界条件,当冲击速度为100m/s时,模型变形模式与文献结果高度接近,呈现顶部压缩㊁弧形边界等特征,表明本文仿真方法是可靠的㊂㊀第45卷第4期吴小莉等:新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究829㊀㊀图3㊀有限元分析模型Fig.3㊀Finite element analysis model在显式动力学分析中,通常采用查看模型变形过程中的能量变化趋势的方法来判断模型的准确性,即模型需要实现整体能量守恒:总能量=动能+内能+滑移能+沙漏能,且沙漏能保持在不超过总能量的5%的水平时视为可以接受㊂由图4(b)看出,整体能量曲线呈现 动能减少㊁内能增加 的趋势,趋势正确,从而验证了仿真模型的准确性㊂图4㊀模型验证Fig.4㊀Model validation2 研究方法㊀㊀当指定单胞的某一项几何参数作为变量时,固定单胞的其余几何参数作为定值,研究该几何量的变化对结构的力学与吸能性能的影响㊂本文主要研究胞元的等效泊松比值㊁无量纲弹性模量值以及吸能量㊁吸能效率的变化情况㊂νxy =-εy εx(5)εi =δiL i(6)E∗=σ∗ε=FA ˑε(7)A =2tL 1(8)式中,εi 为i 向应变;δi 为i 向位移;L i 为i 向长度;由于本文研究二维结构,i 取x ㊁y ㊂定义E ∗/E s 为胞元的无量纲弹性模量,其中,E ∗为胞元的等效弹性模量,E s 为胞元的基材弹性模量㊂等效泊松比与无量纲弹性模量体现了结构在动态冲击过程中力学性能的变化情况㊂准静态工况下结构的力学响应不能完全代表其应用于实际冲击工况下的力学性能参数,动态冲击过程中结构力学特性是否遵循特定规律㊁是否会出现极值㊁是否存在波动阈值区间等都是值得关注的问题㊂无量纲弹性模量的物理意义在于消除了特定材料的影响,通过归一化操作,体现出阵列结构的力学性能与基底材料的力学性能的关系㊂F 为胞元所受到的外载荷,由作用力与反作用力原理,在应力计算时可以使用结构受到的反作用力来等效该值,A 为胞元垂直于载荷方向的受力面积㊂在确定胞元的两向应变时,为了避免计算方法带来的误差,采取多点采样取平均的方法得出胞元的两向位移数值,进而得到所需应变值㊂采样点分布如图5所示㊂图5㊀胞元应变计算采样点示意图Fig.5㊀Schematic diagram of sampling points for the cell strain calculation计算胞元的力学参数时,采用如下计算式:νxy =-εy εx=-δy /L y δx /L x =-L 1L 4ð6i =1|δiy |ð6i =1|δix |(9)νyx =-εx εy=-δx /L x δy /L y=1νxy (10)E ∗y=F2tεy L 1=3L 4tL 1F ð6i =1|δiy |(11)E ∗x=F 2tεx L 1=13tL 1F ð6i =1|δix |(12)㊀㊀由图6可以看出,νxy 在整个压缩过程中始终保持㊀830㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀在负值状态,这样就保证了结构整体的NPR 效应:在顶部载荷向下的压力下,结构整体呈现向内收拢的趋势㊂图7所示为YSH 结构两个方向上的无量纲弹性模量值的变化趋势㊂由图7可以看出,y 向的无量纲弹性模量的数值在冲击后期逐渐保持在(0,0.1)范围内,而x 向则略微大一些,意味着结构整体的力学性能与基材相比,具有大幅度削弱情况㊂图8所示为随着y 向位移的增加,YSH 结构在初速度为10m /s 的平板冲击下的能量吸收总量,而图9则展示了冲击端应力应变曲线及对应的能量吸收效率㊂由图9可以看出,结构存在明显的三阶段变形:弹性阶段㊁平台期㊁致密化阶段㊂其中,平台应力的大小体现了吸能能力的高低㊂图10所示为该结构在不同应变率时的变形模式㊂由图10可以看出,结构起初呈现出X 型变形形状,后来随着斜壁的塑性铰功能发挥结束,出现致密化溃缩㊂图10㊀YSH 结构的变形模式(10m /s)Fig.10㊀Deformation mode of YSH structure (10m /s)图6㊀YSH 结构的等效泊松比Fig.6㊀Equivalent poissonᶄs ratio of YSHstructure图7㊀YSH 结构的无量纲弹性模量Fig.7㊀Dimensionless elasticity modulus of YSHstructure图8㊀YSH 结构的吸能量Fig.8㊀Energy absorption of YSHstructure图9㊀YSH 结构的应力应变及能量吸收效率曲线Fig.9㊀Curves of stress-strain and energy absorptionefficiency of YSH structure针对YSH 结构的吸能性能,本文使用吸能量E a ㊁能量吸收效率E ε及平台应力σp 来描述,其各自的计算式如下:E a =ʏyF (y )d y(13)E ε=ʏε0σd ε/σ(14)σp =ʏεd ε0σd ε/(εd -ε0)(15)式中,ε0为结构进入平台应力期的初始应变;εd 是结构开始致密化阶段对应的应变,对应于能量吸收效率的最后一次极大值;E a 表征了结构在冲击下总体吸收的碰撞冲击能的多少;能量吸收效率E ε描述了结构在坍缩过程中应变的表现水平:结构的密实化应变可由能量吸收效率法求得,即能量吸收效率曲线的驻点便㊀第45卷第4期吴小莉等:新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究831㊀㊀对应着密实化应变的数值;而平台应力σp则是对结构整体应力应变曲线在平台期的描述㊂3㊀设计参数的影响分析㊀㊀为了研究几何参数对结构等效力学参数的影响规律,根据3种不同的结构分别设计了7组不同的参数用以对比分析,详细参数设置见表1㊂其中,1㊁2㊁3组用来研究胞元倾角的影响;4㊁6㊁7组用来研究胞元宽度比的影响;1㊁3㊁5组用来研究胞元纵横比的影响,也用来构成不同角度梯度变化的阵列,来研究胞元阵列角度差值的影响㊂表1㊀YSH结构的参数化研究设置Tab.1㊀Parametric research setting of YSH structure组号No.L1/mm L2/mm L3/mm L4/mm t/mmθ/(ʎ)αβρYSH 155150.253.130.56010.109 256150.241.810.89410.096 355140.236.870.8000.80.110 466250.2300.8660.830.093 5551 3.50.2300.8660.70.126 686250.2300.6500.6250.080 7106250.2300.5200.50.0723.1㊀胞元倾角θ的影响㊀㊀改变胞元结构的斜壁倾角,观察其等效力学性能的变化㊂图11㊁图12展示了不同的胞元倾角下单胞的泊松比值与无量纲弹性模量㊂选定比较的3组胞元倾角依次减小,由此可以看出,胞元倾角对于沿冲击方向的泊松比值影响更大,约为垂直方向上泊松比值的10~20倍㊂相较于差距悬殊的泊松比值,无量纲弹性模量在两个方向上的差距并不大,但总体y向数值要低于x向数值,且呈现出不一样的变化趋势:y向无量纲弹性模量由计算开始的差异化逐渐转为同一化,而x向的无量纲弹性模量则体现出差距逐渐拉大的特征㊂仅有第2组的单胞阵列在压溃结束时刻的无量纲弹性模量数值超过1,也意味着其总体弹性模量相比基材有一个提升,而相比基材其余的各组则有一个明显下降㊂此外,观察图13㊁图14可知,随着胞元斜壁倾角的减小,整体吸能量呈现下降趋势,且其平台应力分别为14.8MPa㊁13.5MPa和9.1MPa,由此可以看出,胞元倾角越小的结构,其对应的平台应力也越小㊂从能量吸收效率来看,第1组和第2组的效率近似(分别为0.398和0.378),而第3组的效率为0.353,显示出与平台应力类似的趋势㊂因此,从能量吸收的角度来看,胞元斜壁倾角较大为宜㊂3.2㊀胞元宽度比α的影响㊀㊀胞元宽度比代表了胞元的横向比例,如图15~图18所示,设置α值分别为0.866㊁0.650和0.520,观察结构的力学性能响应:总体来看,结构的等效力学性能参数均显现出相似的趋势,差异不明显;两个方向上的泊松比值均为负值,且仍然具有接近20倍的差距,y 向和x向的最终泊松比数值分别稳定在-9和-0.1左右㊂有趣的是,不同宽度比变化下胞元的两向无量纲弹性模量均呈现同一化的趋势,且最终的数值大多接图11㊀斜壁倾角对泊松比值的影响Fig.11㊀Influence of inclined wall angle on Poissonᶄsratio图12㊀斜壁倾角对弹性模量的影响Fig.12㊀Influence of inclined wall angle on elasticity modulus近但略小于基材的数值(0.8~1),只有第4组(α= 0.866)结构的无量纲弹性模量数值是基材的1.032倍,具有略微的增强效应㊂针对吸能效果,3组宽度比下的结构吸能量大致相同,其平台应力与吸能效率也相差不大㊂其中,平台应力最低的是第6组(α= 0.650),达到了11.016MPa;而平台应力最高的是第㊀832㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图13㊀斜壁倾角对吸能量的影响Fig.13㊀Influence of inclined wall angle on energyabsorption图14㊀斜壁倾角对能量吸收效率的影响Fig.14㊀Influence of inclined wall angle on energy absorption efficiency4组(α=0.866),达到了12.943MPa㊂因此,总体看来,宽度比对于结构的力学参数与吸能效果均不具备大的影响㊂图15㊀宽度比对泊松比值的影响Fig.15㊀Influence of width ratio on Poissonᶄs ratio3.3㊀胞元纵横比β的影响㊀㊀胞元纵横比代表了胞元的竖向比例,如图19~图22所示,分别设置对比的3组胞元的纵横比为1㊁0.8㊁0.7,结果表明,与前两个参数的影响规律相同,y 向的泊松比数值总体呈现下降趋势,即NPR 效应强化,而x 向的泊松比数值则总体呈现上升趋势㊂比较3组不同纵横比的胞元对应的等效力学参数值可以发现,纵横比越小的构型,其泊松比数值更小一些,而且第5组(β=0.7)的x 向无量纲弹性模量达到了1.148,是所图16㊀宽度比对弹性模量的影响Fig.16㊀Influence of width ratio on elasticitymodulus图17㊀宽度比对吸能量的影响Fig.17㊀Effect of width ratio on energyabsorption图18㊀宽度比对能量吸收效率的影响Fig.18㊀Effect of width ratio on energy absorption efficiency有结构的最大值㊂在y 向,纵横比对无量纲弹性模量的影响较小,但在x 向,差异被显著拉大㊂在能量吸收评价指标上,第1组(β=1)远超其他组的量值,不论是E a 还是E ε,越大的纵横比似乎越容易吸收更多的能量,且其吸能效率也是越高,分别为0.398㊁0.353和0.333㊂至于各自的平台应力,则体现出不一样的结果:纵横比处于中间位置的第3组具有最低的平台应力(9.129MPa)㊂3.4㊀胞元阵列角度差值Δθ的影响㊀㊀在胞元的四种阵列排布下,不同的角度差值(16.26ʎ与6.87ʎ)对于结构整体的力学性能的影响如㊀第45卷第4期吴小莉等:新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究833㊀㊀图19㊀纵横比对泊松比值的影响Fig.19㊀Effect of aspect ratio on Poissonᶄsratio图20㊀纵横比对弹性模量的影响Fig.20㊀Influence of aspect ratio on elasticitymodulus图21㊀纵横比对吸能量的影响Fig.21㊀Effect of aspect ratio on energy absorption图23~图26所示㊂出于结构参数的考虑,本文采用变量差值的渐变方式,保持待研究结构的相对密度一致,分别研究两种不同渐变阵列(双向梯度与单向梯度)下结构的力学性能响应㊂由此可以看出,疏密疏型[图2(a)]排布的阵列具有最小的泊松比值(-10.7),而其余的阵列排布则可根据其数值区间分别划分为 -7 组[图2(c)㊁图2(e)㊁图2(g)]和 -3 组[图2(b)㊁图2(d)㊁图2(f)㊁图2(h)],有趣的是,NPR 效应相较更不明显的组别正是胞元排布方向与冲击方向垂直的4组㊂类似地,无量纲弹性模量的组别划分同样与方向图22㊀纵横比对能量吸收效率的影响Fig.22㊀Effect of aspect ratio on energy absorption efficiency密切相关,但胞元排布方向与冲击方向垂直的4组,其y 向的数值却普遍是基材的1.5~2倍,具有增强效应,相反地,二者方向相同的四组的y 向数值却普遍保持在0.1左右,具有削弱效应;而x 向的相应数值虽也被划分成了不同组别,但差距明显减小,数值总体在1左右,体现了与基材弹性模量相似的效果㊂由于结束时间不一致,为保证完整度,本文选取胞元排布方向与冲击方向同向的图2(a)㊁图2(c)㊁图2(e)㊁图2(g)来进行能量吸收效率与平台应力的对比,从数据上看,密疏密型[图2(c)]的吸能量和y 向无量纲弹性模量最高,疏密型[图2(g)]的能量吸收效率最高,而疏密疏型[图2(a)]的平台应力和NPR 效应最高㊁最明显,但同时其y 向弹性模量和吸能量表现最差㊂因此,从各指标的均衡性上来讲,密疏密型[图2(c)]的胞元更占优势㊂图23㊀梯度变化对泊松比值的影响Fig.23㊀Influence of gradient change on Poissonᶄsratio图24㊀梯度变化对弹性模量的影响Fig.24㊀Influence of gradient change on elasticity modulus㊀834㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图27㊀不同的胞元构型变形模式Fig.27㊀Deformation modes of different cellconfigurations图25㊀梯度变化对吸能量的影响Fig.25㊀Influence of gradient change on energyabsorption图26㊀梯度变化对能量吸收效率的影响Fig.26㊀Effect of gradient change on energy absorption efficiency3.5㊀胞元变形模式分析㊀㊀图27㊁图28分别为本文研究的YSH 七种构型及不同梯度排布下的八种阵列结构在顶部冲击下的变形模式细节图㊂由图27㊁图28可以看出,这些结构在小应变阶段均呈现出两侧向内凹陷的 X 状,而后压缩区逐渐扩大,分化为顶部分块压缩(代表结构如YSH_1和YSH_2)和中部压缩(代表结构如YSH_3),接着随着胞元斜壁的铰链作用发挥至极致,结构整体呈现为由中部竖向胞壁与水平斜壁围成的方块阵列,继续向下压缩时,结构继续呈现出类似的X 形变形,直至完全溃缩为止㊂值得注意的是,结构的塑性变形阶段和密实化阶段在向下的压力下具有明显的结构密实时刻的差异特点㊂而这一点在不同梯度排布下尤为明显:胞元倾角越小的部分越容易发生凹陷,而倾角相对更大的部分则由于其自身的斜壁旋转耗时较长而显得溃缩变形更为迟滞,且在结构翻转90ʎ之后仍然具有类似的规律㊂3.6㊀胞元综合性能分析㊀㊀图29㊁图30分别为无梯度排列时不同参数组合下的YSH 结构与有梯度排列时不同梯度排布方式下的YSH 结构对应的各吸能指标得分雷达图,其评价指标分别为νxy ㊁E ∗y /E s ㊁E a ㊁E ε和σp ,由此可以看出,当不存在梯度排布时,第2组(YSH_2)呈现出了较好的均衡性,而第1组(YSH_1)虽然在大多的指标上均呈现领先地位,但在泊松比数值上却表现最差,接近于0,因此其稳定性最差㊂当存在梯度排布时,各个指标㊀第45卷第4期吴小莉等:新型负泊松比材料等效性能与吸能性能研究835㊀㊀图28㊀不同梯度排布下的YSH结构变形模式Fig.28㊀Deformation modes of YSH structures with different gradients内综合性能最佳的是密疏密型[图2(c)];而呈现出最不稳定趋势的是疏密疏型[图2(a)],其在吸能量的表现上约为其他排布方式的1/3㊂这种现象可以为实际应用提供一个良好的提示:密疏密型[图2(c)]结构的综合吸能表现更优㊂㊀836㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图29㊀YSH 结构各指标评分图Fig.29㊀Score chart of YSH structureindicators图30㊀不同梯度下各指标评分图Fig.30㊀Score chart of each index under different gradients4㊀结论㊀㊀本文研究了一种新型NPR 构型(YSH)在恒定速度(10m /s)的冲击下的等效力学参数与能量吸收效果㊂针对胞壁倾角㊁宽度比㊁纵横比三个结构参数设计了7组不同几何参数的胞元构型,并使用有限元仿真的方法,分别研究了这些结构参数的等效力学响应(泊松比㊁弹性模量)与能量吸收情况(吸能量㊁平台应力与能量吸收效率),并针对4种常见的梯度渐变构型展开比较分析,得出了各自的结构变形模式,得到的主要结论如下:1)胞壁倾角的增加能够带来结构整体的吸能量㊁吸能效率和平台应力的提升㊂宽度比对等效力学参数和吸能效果的影响均较小㊂纵横比越小,结构整体的NPR 效应越明显,但相反其数值越大却能带来更大的吸能效率㊂2)具有 密疏密型 的梯度排布方式的结构,其吸能量与y 向等效弹性模量最高,其余指标也处于较为均衡的状态,是较为理想的排布形式㊂3)结构整体的变形模式主要分为两个阶段:以斜壁为旋转铰链的旋转变形阶段与结构压溃变形的平台应力阶段,其变形模式呈现出分层现象,且基本变形形状为 X 形溃缩,根据构型的差异存在 X 形压溃与平台压溃的叠加呈现㊂参考文献(References )[1]㊀吴文旺,肖登宝,孟嘉旭,等.负泊松比结构力学设计,抗冲击性能及在车辆工程应用与展望[J].力学学报,2021,53(3):611-638.WU WenWang,XIAO DengBao,MENG JiaXu,et al.Mechanical design,impact energy absorption and applications of auxeticstructures in automobile lightweight engineering[J].Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2021,53(3):611-638(InChinese).[2]㊀GIBSON L J,ASHBY M F.The mechanics of three-dimensionalcellular materials [J ].Proceedings of the Royal Society AMathematical,1982,382(1782):43-59.[3]㊀LAKES R.Foam structures with a negative Poissonᶄs ratio [J].Science,1987,235(4792):1038-1040.[4]㊀任㊀鑫,张相玉,谢亿民.负泊松比材料和结构的研究进展[J].力学学报,2019,51(3):656-689.REN Xin,ZHANG XiangYu,XIE YiMin.Research progress in auxetic materials and structures[J].Chinese Journal of Theoreticaland Applied Mechanics,2019,51(3):656-689(In Chinese).[5]㊀卢子兴,赵亚斌.一种有负泊松比效应的二维多胞材料力学模型[J].北京航空航天大学学报,2006,32(5):594-597.LU ZiXing,ZHAO YaBin.Mechanical model of two-dimensionalcellular materials with negative Poissonᶄs ratio[J].Journal of BeijingUniversity of Aeronautics and Astronautics,2006,32(5):594-597(In Chinese).[6]㊀JU J,SUMMERS J pliant hexagonal periodic latticestructures having both high shear strength and high shear strain [J].Materials &Design,2011,32(2):512-524.[7]㊀LIU Y,MA Z D.Nonlinear analysis and design investigation of anegative poissonᶄs ratio material [C]ʊProceedings of the ASME International Mechanical Engineering Congress &Exposition,Seattle,WA,2007:AMER SOC Mechanical Engineers,2008:965-973.[8]㊀QIAO J,CHEN C Q.Analyses on the in-plane impact resistance ofauxetic double arrowhead honeycombs [J ].Journal of Applied Mechanics-Transactions of the ASME,2015,82(5):JAM -15-1047.[9]㊀FU M,CHEN Y,ZHANG W,et al.Experimental and numericalanalysis of a novel three-dimensional auxetic metamaterial [J ].Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics,2016,253(8):1565-1575.[10]㊀侯秀慧,尹冠生.负泊松比蜂窝抗冲击性能分析[J].机械强度,2016,38(5):905-910.HOU XiuHui,YIN GuanSheng.Dynamic crushing performance analysis for auxetic honeycomb structure[J].Journal of MechanicalStrength,2016,38(5):905-910(In Chinese).[11]㊀刘㊀宇,郝㊀琪,田钰楠,等.负泊松比蜂窝结构胞元几何参数影响研究[J].机械强度,2021,43(6):1409-1416.LIU Yu,HAO Qi,TIAN YuNan,et al.Study on the influence of geometric parameters of cellular structure with negative Poissonᶄsratio[J].Journal of Mechanical Strength,2021,43(6):1409-1416(In Chinese).[12]㊀马芳武,梁鸿宇,赵㊀颖,等.内凹三角形负泊松比材料的面内。
三维内凹六边形蜂窝结构的负泊松比超材料
三维内凹六边形蜂窝结构的负泊松比超材料
1. 负泊松比超材料的定义
负泊松比超材料是指可以表现出一定程度的负泊松比效应的材料，即
在被拉开时，其横向的膨胀程度大于纵向的膨胀程度，与普通材料相反。
这种材料在减震、消声、隐身等领域有着广泛的应用前景。
2. 三维内凹六边形蜂窝结构的介绍
三维内凹六边形蜂窝结构是一种具有良好可塑性和高度规则性的结构，在制备负泊松比超材料时被广泛使用。
这种结构的单元体是一种内凹
的六边形，可以被灵活地组合成不同形状和尺寸的超材料。
3. 三维内凹六边形蜂窝结构的工作原理
三维内凹六边形蜂窝结构的工作原理是通过控制其单元体的形状和尺寸，使其表现出一定的负泊松比效应。
当被拉开时，结构中的单元体
会在横向轴向上分别表现出不同的变形程度，从而实现了对泊松比的
控制。
4. 三维内凹六边形蜂窝结构的制备方法
制备三维内凹六边形蜂窝结构的方法有很多，其中包括凝胶注模法、
直接光刻法、多重互补结构法等。
这些方法各有优缺点，可以根据具
体的需要进行选择。
5. 三维内凹六边形蜂窝结构的应用
三维内凹六边形蜂窝结构可以应用于许多领域，例如汽车减震、建筑
隔音、航空隐身等。
在这些应用中，其负泊松比效应可以有效提高材料的性能，达到更好的效果。
6. 三维内凹六边形蜂窝结构在未来的发展
三维内凹六边形蜂窝结构作为一种有着广泛应用前景的材料结构，在未来将会得到更多的研究和开发。
其不仅可以实现负泊松比效应，还可以具有其他特殊的物理特性，如超导、超弹性等。
负泊松比材料研究进展
基金项目:国家自然科学基金资助项目(20074022);作者简介:史炜,25岁,男,四川大学高分子科学与工程学院2001级研究生,研究方向为负泊松比材料。
＊通讯联系人。
负泊松比材料研究进展史 炜,杨 伟,李忠明,谢邦互,杨鸣波＊(四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室,成都 610065) 摘要:介绍了近年来材料科学的一大热点———负泊松比材料的研究概况,通过讨论负泊松比材料的微观结构与形变机理,阐述了该材料所具有的特殊物理机械性能,并通过与普通材料的性能的比较,指出了此类材料所具有的巨大应用前景和实用价值。
关键词:负泊松比;微观结构;形变机理引 言以著名法国数学家西蒙·泊松命名的泊松比,定义为负的横向收缩应变与纵向伸长应变之比。
用公式表示为:νij =-εj εi 式中:εj 表示横向收缩应变,εi 表示纵向伸长应变。
i ,j 分别为两相互垂直的坐标轴。
通常认为,几乎所有的材料泊松比值都为正,约为1/3,橡胶类材料为1/2,金属铝为0.33,铜为0.27,典型的聚合物泡沫为0.1～0.4等,即这些材料在拉伸时材料的横向发生收缩。
而负泊松比(Negative Poisson 's Ratio )效应,是指受拉伸时,材料在弹性范围内横向发生膨胀;而受压缩时,材料的横向反而发生收缩。
这种现象在热力学上是可能的,但通常材料中并没有普遍观察到负泊松比效应的存在。
近年来发现的一些特殊结构的材料具有负泊松比效应,由于其奇特的性能而倍受材料科学家和物理学家们的重视。
1987年,Lakes [1]把一个110×38×38mm 的普通聚氨酯泡沫放入75×25×25mm 的铝制模具中,进行三维压缩后再对其进行加热、冷却和松弛处理,得到的泡孔单元呈内凹(re _entrant )结构(如图1所示),首次通过对普通聚合物泡沫的处理得到具有特殊微观结构的负泊松比材料,并测得其泊松比值为-0.7。
星形负泊松比超材料
星形负泊松比超材料
星形负泊松比超材料是一种具有特殊机械性质的材料。
通常，材料在受到外力时会发生变形，而泊松比则用于描述材料在受到压缩力时的横向收缩程度。
正常情况下，材料的泊松比为正值，即在受到压缩力时会出现横向收缩。
然而，星形负泊松比超材料具有特殊的机械性质，其泊松比为负值。
这意味着当星形负泊松比超材料受到压缩力时，它的横向尺寸会增加，而不是收缩。
这种特殊的性质使得星形负泊松比超材料在一些应用中具有独特的优势。
星形负泊松比超材料的负泊松比性质通常是通过特殊的材料结构或微观结构设计实现的。
这些设计可以导致材料在受到压缩力时发生非常规的变形，从而实现负泊松比的效应。
星形负泊松比超材料的应用潜力非常广泛。
例如，在医学领域中，星形负泊松比超材料可以用于制造人工骨骼或关节，以提供更好的生物相容性和机械性能。
在工程领域中，星形负泊松比超材料可以用于制造新型的隔振材料或减震材料，以提高结构的抗震性能。
此外，星形负泊松比超材料还可以应用于声学和光学领域，用于制造具有特殊声学或光学性质的材料。
总的来说，星形负泊松比超材料是一种具有特殊机械性质的材料，其负泊松比性质使其在各种领域具有广泛的应用潜力。
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负泊松比（拉胀）材料相关资料收集一、概述泊松比是基本的材料参数之一，衡量了固体在垂直加载方向变形与加载方向变形之间的比值，变化范围在0。
5与-1之间。
下表是一些材料的典型泊松比值：Material poisson's ratiorubber~ 0。
50gold0。
42saturated clay 0。
40–0。
50magnesium0。
35titanium0。
34copper0。
33aluminium-alloy 0。
33clay0。
30–0。
45stainless steel0。
30–0。
31steel0。
27–0。
30cast iron0。
21–0。
26sand0。
20–0。
45concrete0。
20glass0。
18–0。
3foam0。
10–0。
40cork~ 0。
00auxetics negative泊松比作为基本的弹性常数，可以由体积模量K和剪切模量G的比值来确定，满足如下关系：这意味着泊松比实际上表征了材料在载荷作用下发生形状畸变或者体积变形之间的竞争。
通常情况下，材料具有正的泊松比(Positive Poisson Ratio)，即材料在受到纵向拉伸时，横向尺寸收缩。
如果横向尺寸变大，这种材料就是负泊松比（Negative Poisson Ratio，简称为NPR或Auxetic）材料。
二、历史1982年，Ashby首次指出具有细胞状结构的材料，在变形时，能产生负的泊松比。
人们也已经发现合成材料能够产生负泊松比的现象，如：“可再入”泡沫材料、多孔聚合物、聚合物层压材料。
从分子设计出发合成负泊松比材料少有报道。
Evans于1991年用分子模拟技术，利用分子内的自由体积，从几何结构出发，设计了一种可能产生NPR效应的二维分子网络结构，提供了一个从分子水平裁剪泊松比的例子。
1997年，Griffin 提出了一种基于主链型液晶高分子NPR材料的模型（Fig。
1），随后又从理论上计算了这种分子模型产生负泊松比时横向液晶基元需要满足的尺寸条件。
受Griffin分子模型的启发，通过液晶共聚酯实现负泊松比效应的尝试，合成了一系列有望具有负泊松比效应的液晶共聚酯（Fig。
2）。
三、实例聚乙烯醇(PVA)水凝胶具有特殊多孔结构，除有高含水性、高弹性、化学稳定性、对小分子的透过性以及良好的生物相容性，还具有负泊松比效应的可设计性，可作为软骨、椎间盘、肌肉韧带等软组织的替代植入修复材料，应用在生物医用材料领域，缓解动脉硬化、血栓等血管疾病对人体造成的危害。
虽然人们已对一些生物组织和生物材料的负泊松比效应进行了研究，但迄今为止还没有出现临床应用的生物功能拉胀材料的相关报道；在关于多孔聚乙烯醇(PVA)水凝胶出现负泊松比效应的微观结构、形态与形变机理等方面，国内外研究较少，对相关的材料体系缺乏充分的实验数据和理论依据。
液晶高分子聚酯阻燃PVC经分子设计，通过2，5—二对烷氧基苯酰氧基对苯二酚、4，4&apos；—二羟基—αω—二苯氧基癸烷和4，4&apos；—癸二酰氧基二苯甲酰氯之间的缩合反应合成了一系列具有负泊松比潜能的液晶共聚酯。
所有聚合物的熔点都非常低，表明合成的一系列液晶聚合物非常容易进入液晶态，并且液晶场能够很好地保存到室温。
另外，所得聚合物的分解温度都高于聚合物的清亮点，这为负泊松比材料的加工提供了条件。
基于A.C.griffin的分子模型，对向列型液晶高分子的负泊松比进行了计算。
经过对负泊松比产生机理和液晶高分子特征的理解，首次提出了近晶C相液晶高分子也具有产生NPR效应的能力，建立了近晶C相液晶高分子产生负泊松比的分子模型，并且对其负泊松比进行了理论计算。
除此之外，以降低成本和提高综合性能为目的，详细分析了PVC矿用整芯输送带的糊体和覆盖胶配方。
对各种因素和添加剂对PVC糊和覆盖胶粘度的影响，以及所有改进配方的粘度、阻燃性能、表面电阻和力学性能进行了详细的分析，最终得到了即能够大幅度降低成本又能够提高产品综合性能的配方。
一种具有负泊松比性能的试件，该试件是在基底材料内嵌入多个弧形体，试件左右两侧的弧形体呈镜像对称分布，同一侧的弧形体弯曲弧度相同，等间隔分布。
弧形体的弹性模量、刚度与基底材料不同，在试件的基底材料固化过程中，在试件的受力方向上嵌入弧形体，或者在试件的基底材料固化后，拔出在试件的受力方向上嵌入的弧形体，或者在整块基底材料的试件上，通过强化、机械加工出弧形体，或者通过化学反应形成弧形体。
弧形体包含纤维增强弧形体，气泡削弱弧形体，弧形状的缝隙，多级弯曲弧形体，多弧度弯曲弧形体，鱼鳞状弧形体。
该试件在弧形体切向受拉时其垂直方向有膨胀性，受压时其垂直方向有收缩和挤缩性，可广泛应用于复合板材、深水作业、航天航空等领域。
四、前景拉胀材料乃负泊松比材料的简称，意指材料受拉伸时其垂直方向有膨胀，而受挤压时有收缩。
拉胀高分子材料是八十年代末和九十年代初才出现的新型结构和功能材料。
世界上第一个拉胀材料发明专利，是由美国材料学家R。
Lakes于1987年取得的，是由普通的聚氨酯泡沫塑料再加工制得。
此专利后经英国材料力学家F Scarpa进一步改进，于2005年又申请了专利。
同年，中国的第一个拉胀天然复合材料(向日葵杆芯)专利也由中科院化学所的潘则林、赵萍、王才提出申请，并于2007年6月获得授权。
经过近二十年的努力，目前拉胀材料已经成为世界各主要国家瞄准的前沿研究领域，2005年还在英国举办了国际首届拉胀材料大会。
早在100多年前科学家就发现具有负泊松比效应的材料具有特殊而优异的力学性。
近十年，负泊松比材料的相关研究报道已经引起了学术界的关注，负泊松比材料的制备和工程化成为当前以及今后较长一段时间内高分子材料科学与工程领域的一个重要研究课题。
五、关于拉胀⒈拉胀是什么？"拉胀"一词意为"受拉膨胀"或"一拉就胀"，译自英文auxetic，是英国材料学家K·E·埃文斯代表利物浦大学-ICI-剑桥大学联合研究小组在1991年发表于《自然》杂志上的一篇通讯中建议代指"负泊松比"的。
科学上，拉胀材料即负泊松比材料，具有受拉时其垂直方向有膨胀（拉胀性）和（或）受挤压时收缩（挤缩性）的力学特性。
拉胀聚合物（auxetic polymer）是近十余年才出现的新型高分子材料。
通常人们拉伸橡皮条时可看到橡皮条变细，但如果问自然界是否存在受拉变粗的物品，其答案又如何呢？其实，要回答这个问题，只需换个角度看我国古代雨伞便可。
如果将推开雨伞的举动换成沿伞柄反方向穿过伞面拉伸其支架套杆的行动，便获得世界上最古老的拉胀伞（即两端一拉就胀开的伞）。
当然，今日高分子材料特别是塑料的广泛应用，已经使得一种由塑料制成的拉胀玩具 - 缩胀球风靡全球。
关于拉胀机理的理论研究都是设法将材料微观上的某种运动及结构变化与宏观的体积变化关联起来。
主要有两个方向，一个是以有序排列的微结构为出发点，另一个是处理无规结构。
⒉拉胀的技术关键是什么？在回答拉胀的技术关键是什么这一问题之前，让我们先来看看世界上第一种人造拉胀材料是怎样被发明的。
上世纪80年代初科学家在泡沫和复合材料力学领域取得了新的理论成果，其代表人物有Ashby和Gibson (1982)、 Almgren (1985) 以及 Kolpakov (1985)。
这些理论成果表明，一种自然界中还未见到的倒插或凹式蜂窝状结构，也即将通常蜂窝结构中的正六边形上下两顶点下凹后得到的新型"拉胀蜂窝"结构具有拉胀性。
于是，美国依阿华大学的一位名叫R·莱克斯的生物医学工程教授就突发奇想，将随处可见的聚氨酯泡沫塑料从四面八方施压，然后升温至材料的软化点时快速冷却以固化所得的"凹式微结构"，即将多面体的某些顶点下凹后得到的结构。
就这样，于1987年诞生了泊松比在-0。
7左右的接近各向同性的拉胀聚氨酯泡沫塑料。
两年后，英国材料学家B·D·凯达克 (Caddock) 和K·E·埃文斯 (Evans) 发现一种经特别加工制得的多孔聚四氟乙烯树脂具有拉胀性 - 泊松比可达-12，并提出了"纤束-节点"理论模型来解释其拉胀机理。
由此可见，产生拉胀性的技术关键是如何有效地在材料内部形成各个尺度或层次上的"拉胀微结构"，如上述的"凹式微结构"及"纤束-节点网结构"。
⒊目前，国内外拉胀的发展现状如何？1992年提出由三臂伞状结构无规连结而成的三维拉胀网络理论，后又发现含拉胀体复合材料中存在"拉胀窗孔"，即在一定条件下可表现出拉胀性。
目前，除了这些拉胀机理或现象等纯理论研究之外，人造拉胀高分子材料的研究主要沿两条路径发展：一条是拉胀分子结构的设计与合成，另一条就是介观和宏观拉胀网络结构的筛选与成型。
世界上首次提出从分子水平上合成拉胀高分子网络的是剑桥大学卡文迪什实验室的山姆·爱德华兹教授 (1989) 及当时在该室做博士后的魏高原。
他们于1990年向英国ICI公司递交了题为"负泊松比分子网络的合成"项目申请书，并于次年在该公司完成了其分子设计工作。
基于此分子设计的人工合成因中东爆发战事引起公司生存危机而耽搁下来。
由于保密限制，其分子设计工作只在由埃文斯等人于1991年在《自然》杂志上发表的题为"分子网络设计"的短文中提及。
这些研究人员的分子设计主要涉及前"拉胀蜂窝"结构。
目前，沿此思路进行的分子设计工作，已在"拉胀基元"概念的指导下，取得了可喜的进展，特别是理论上其泊松比可达-11的含聚苯胺链段的拉胀链状高分子，也已由魏高原设计出来。
"拉胀基元"这一科学概念则是由魏高原与冯新德院士于1999年初在给P&G公司的题为"拉胀纤维的设计、合成与性能"项目申请书中首次提出的。
魏高原所在的北京大学拉胀材料研究室是国内最早从事拉胀聚合物分子设计与人工合成的研究单位，其研究人员已设计并合成出许多拉胀基元分子，其中一些可望进一步制成高强度高模量拉胀凯弗隆（Kevlar）类塑料和纤维。
此外，魏高原等人还设计出了利用氢键组装成的一至三维拉胀超分子网络，并正在加以实验验证。
拉胀分子设计的另一思路是由美国液晶高分子科学家A·C·格里芬 (Griffin) 等人于1998年提出的，即平时平躺着的横穿主链的棒状基元分子在受到沿主链方向的拉力作用时，会翻转一定角度而"站立"起来，从而导致多链体系的"胀"开。