28、负泊松比材料的可变刚度实现方法探索

负泊松比材料的可变刚度实现方法探索

1. 研究背景与初步观察

在相关研究中，手性设计中始终观察到刚度现象。研究推测，未观察到堵塞现象可能是因为测试对加载几何形状和制造精度非常敏感，而在初步研究中这些因素的控制不够精确。尽管在测试时尽量确保试件处于中心位置，但在施加拉伸力时，试件位置仍可能发生变化。此外，当对聚乙烯醇（PVA）材料进行6mm伸长测试时，发现其结果存在较大差异，这可能是因为PVA材料在伸长6mm时已超过弹性阶段，进入塑性阶段，从而产生裂纹。

负泊松比（NPR）材料因其超材料结构而具有独特的特性，通过精确设计和调整其结构，可以满足刚度调节的需求。

2. 剪纸（Kirigami）方法

近年来，一种名为剪纸（Kirigami）的二维材料制造工艺受到关注，它类似于剪纸艺术，具有快速且经济的特点。在本研究中，借助Silhouette Curio这种DIY切割机来实现该工艺。像旋转多边形这样的拉胀结构非常适合通过这种工艺制造，其拉胀行为源于刚性多边形绕铰链的旋转。

为了探索这种特性，研究使用了三种不同的基底材料：硅橡胶片、高密度泡沫片和硬纸板。以下是对每种材料的详细测试情况：
|材料|特性|测试结果|
| ---- | ---- | ---- |
|硬纸板|相较于普通纸张，具有更高的结构完整性，有助于承载能力| - 切割出由15mm正方形组成的4×12矩形矩阵，其泊松比在两个拉伸方向均为 -1，单位厚度正方形的杨氏模量为(E1 = E2 = \frac{Kh}{8l^2} * \frac{1}{1 - sinθ})，其中(K_h)是铰链的刚度常数，(θ)是正方形之间的角度，(l)是正方形的长度。