Design of a porous material with isotropic negative Poisson’s ratio

DOI：http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.02.012

摘要：本文提出了一种具有全方位负泊松比的二维多孔体的设计方法。孔隙的六边形周期性分布使力学性能（泊松比、杨氏模量和剪切模量）各向同性。同时进行实验测试和数值模拟，以确定多孔模型的力学性能，并且研究了几何微结构参数对力学性能影响。

（1）模型在拉伸和压缩条件下都表现出负泊松比效应

（2）模型的几何参数和单元晶胞

（3）泊松比随方位角的变化（蓝）表现各向同性。通用立方材料（红）

（4）几何参数对力学性能的影响

（5）实验测试，B和C分别相对于A旋转45度和90度

总结：各向同性，六边形周期性孔隙

提出了一个二维多孔固体的设计，表现出负泊松比。微结构的排列使得力学性能各向同性。所考虑的多孔介质的平面拉胀和各向同性的行为已被实验观察到三个标本。实验结果已证实了有限模型的数值计算，再现真实的标本。数值研究的单位细胞给出了一个更精细的评估的有效属性，独立的边界条件。证实了多孔材料的完全各向同性，使得负泊松比是全方位的，且与所施加的载荷方向无关。几何微结构参数对力学性能的影响研究表明，特别是，孔隙的相对取向对泊松比有强烈的影响。先进的数字图像相关技术和光弹性都证实了拉胀行为和各向同性，并且它们与数值模拟非常吻合。