AFM | 变刚度超材料新进展

自接触变刚度（SVS）超材料通过改变其力传递路径提供了特定的弹性应变能量存储模式。弹性应变储能模式的变化进一步影响了SVS超材料的刚度变化。然而，挑战仍然存在，因为通常制造的SVS超材料不可避免地包含结构不规则，偏心和缺陷。这些微观结构缺陷阻碍了超材料中设计应变能存储模式的稳定产生，这意味着SVS超材料无法实现预期的刚度变化。

为了解决这一问题，北京理工大学Chao Wan、Kai Zhang团队提出了一种具有偏心单元设计的SVS超材料/元结构设计范式，该范式既能实现稳定刚度变化，又能实现高承载。理论、仿真和实验结果表明，SVS链元结构在高、低载荷条件下刚度变化约为110倍。当元结构进入高刚度阶段时，其承载能力可达1500 N以上。此外，利用稳定性增强的SVS超材料展示了一些典型功能，包括对人体关节的定制机械保护和远程机械输入信号调节的信息转换。研究结果可以为生成更可行的稳定性增强的SVS超材料/元结构提供有用的解决方案，并促进其在航空航天、医疗设备和机器人领域的潜在应用。研究成果以题为“Stability-Enhanced Variable Stiffness Metamaterial with Controllable Force-Transferring Path”发表于《AFM》上。

图1：SVS超材料的机理及变刚度性能。

图2：设计参数对偏心自接触超材料影响的实验曲线。

图3：多级SVS元结构增稳设计与实验。

图4：变刚度模块化偏心元结构。

图5：元结构对信息的转换和控制功能。

文章信息：