基于胞元拓扑优化法的内凹六边形负泊松比超材料结构设计

摘要

基于拓扑优化的方法,提出了一种内凹六边形负泊松比超材料的结构胞元拓扑优化方法。针对胞元的不同内凹角的拓扑基结构,以指定的材料底边长与肋部长作为约束条件,把结构胞元泊松比最大化作为目标函数,建立了不同内凹角内凹六边形负泊松比超材料的拓扑优化模型并进行计算。提取拓扑优化得到的结构胞元构型,经过一定的周期排列最终得到负泊松比结构。建立超材料结构的宏观模型,验算了结构胞元的负泊松比并和理论值相比较,计算分析内凹六边形负泊松比超材料的力学行为。结果表明,内凹六边形负泊松比超材料内凹角越大其负泊松比效应越明显。与传统多孔材料结构相比,设计的超材料结构具有更好的承载能力。